- Mi a rugalmas erő?
- képletek
- A kinetikus energia és a potenciális energia egy rugalmas erőre utal
- Potenciális energia megszerzése
- Irodalom
Az elasztikus erő az az erő, amelyet egy tárgy gyakorol, hogy ellenálljon alakváltozásának. Olyan tárgyban nyilvánul meg, amely hajlamos visszanyerni alakját, amikor egy deformációs erő hatása alatt áll.
A rugalmas erőt helyreállító erőnek is nevezik, mert ellenzi a deformációt, hogy az objektumok egyensúlyi helyzetükbe kerüljenek. A rugalmas erő átjut a részecskéken, amelyek képezik a tárgyakat.
Rugó rugalmas képessége
Például, amikor egy fémrugót összenyomnak, olyan erőt alkalmaznak, amely a rugószemcséket nyomja meg, és így csökken a közti távolság, ugyanakkor a részecskék ellenállnak annak, hogy a nyomással ellentétes erő kifejtésével ellenálljon.
Ha a rugó összenyomása helyett meghúzzuk és megnyújtjuk, akkor az azt alkotó részecskék jobban elválasztódnak. Hasonlóképpen, a részecskék ellenállnak a szétválasztásnak egy nyújtással ellentétes erő kifejtésével.
Azokat a tárgyakat, amelyeknek az a tulajdonsága, hogy eredeti alakja helyreálljon a deformációs erő ellenvetésével, rugalmas tárgyaknak nevezzük. Rugók, gumiszalagok és bungee zsinórok példák az elasztikus tárgyakra.
Mi a rugalmas erő?
Az elasztikus erő (F k) az az erő, amelyet egy tárgy gyakorol, hogy visszanyerje természetes egyensúlyának állapotát, miután egy külső erő befolyásolta.
A rugalmas erő elemzéséhez figyelembe veszik az ideális rugótömeg-rendszert, amely egy vízszintesen elhelyezett rugóból áll, melynek egyik végén van a fal, a másik végén pedig elhanyagolható tömegű blokk. A rendszerre ható többi erőt, például a súrlódási erőt vagy a gravitációs erőt nem veszik figyelembe.
Ha vízszintes erőt gyakorol a falra irányított tömegre, akkor azt a rugó felé továbbviszik, és összenyomja. A rugó egyensúlyi helyzetéből új helyzetbe kerül. Mivel az objektum hajlamos egyensúlyban maradni, a rugóban az alkalmazott erővel szemben fellépő rugalmas erő megnyilvánul.
Az elmozdulás azt jelzi, hogy a rugó mennyit deformálódott, és a rugalmas erő arányos az elmozdulással. A rugó összenyomásakor a helyzetváltozás növekszik, és ennek következtében a rugalmas erő növekszik.
Minél többet a rugó összenyomódik, annál több ellenkező erőt gyakorol, amíg el nem éri azt a pontot, ahol az alkalmazott erő és a rugalmas erőegyensúly egybeesik, következésképpen a rugótömeg-rendszer megáll. Ha abbahagyja az erő alkalmazását, az egyetlen erő, amely hat, a rugalmas erő. Ez az erő felgyorsítja a rugót a deformációval ellentétes irányban, amíg visszanyeri az egyensúlyt.
Ugyanez történik a rugó meghúzásakor, amikor a tömeget vízszintesen húzza. A rugó meg van nyújtva, és azonnal olyan erőt gyakorol, amely arányos a nyújtással szemben lévő elmozdulással.
képletek
Az elasztikus erő képletet Hooke törvénye fejezi ki. Ez a törvény kimondja, hogy az objektum által kifejtett lineáris rugalmas erő arányos az elmozdulással.
F k = -k.Δ s
F k = elasztikus erő
Hooke törvénye. A nyújtással arányos rugalmas erő.
Az egyenlet negatív jele azt jelzi, hogy a rugó rugalmas ereje az elmozdulást okozó erővel ellentétes irányban van. A k arányossági állandó egy olyan állandó, amely az anyag típusától függ, amelyből a rugó készül. A k állandó értéke N / m.
Az elasztikus tárgyak rugalmassági határértéke függ az alakváltozási állandótól. Ha a rugalmas határon túl nyújtják, akkor véglegesen deformálódik.
Az y egyenlet a rugó kis elmozdulására vonatkozik. Ha az elmozdulások nagyobbak, nagyobb Δ x teljesítményű kifejezéseket adunk hozzá.
A kinetikus energia és a potenciális energia egy rugalmas erőre utal
Az elasztikus erő úgy működik a rugón, hogy az egyensúlyi helyzete felé mozgatja. Ennek a folyamatnak a során a rugótömeg-rendszer potenciális energiája növekszik. A rugalmas erő által végzett munkából származó potenciális energiát az egyenlet fejezi ki.
A potenciális energiát Joules-ban (J) fejezik ki.
Ha a deformációs erőt nem alkalmazzák, a rugó az egyensúlyi helyzet felé gyorsul, csökkenti a potenciális energiát és növeli a kinetikus energiát.
A tömegrugó-rendszer kinetikus energiáját, amikor eléri az egyensúlyi helyzetet, az egyenlet határozza meg.
K rugóállandó 35N / m.
1,75 N erő szükséges ahhoz, hogy a rugó 5 cm-rel deformálódjon.
Mekkora a rugó hajlítási állandója, amelyet egy 60N erő hatására 20 cm-re nyújtanak?
A rugóállandó 300N / m
Potenciális energia megszerzése
Mi a potenciális energia a 10 cm-ig összenyomott rugó rugalmas ereje által elvégzett munkához, amelynek deformációs állandója 20N / m?
A rugó rugalmas erő -200N.
Ez az erő a rugón működik, hogy az egyensúlyi helyzet felé mozdítsa. E munka elvégzése növeli a rendszer potenciális energiáját.
A potenciális energiát az egyenlettel kell kiszámítani
Irodalom
- Kittel, C, Knight, WD és Ruderman, M A. Mechanics. USA: Mc Graw Hill, 1973, I. kötet
- Rama Reddy, K, Badami, SB és Balasubramanian, V. Oszcillációk és hullámok. India: Universities Press, 1994.
- Murphy, J. Fizika: az anyag és az energia tulajdonságainak megértése. New York: Britannica Oktatási Kiadó, 2015.
- Giordano, N J. Főiskolai fizika: érvelés és kapcsolatok. Kanada: Brooks / Cole, 2009.
- Walker, J., Halliday, D. és Resnick, R. A fizika alapjai. USA: Wiley, 2014.