ELASTISK KRAFT: HVA DEN BESTÅR AV, FORMLER OG ØVELSER - FYSISK - 2026

Den elastiske kraften er kraften som et objekt utøver for å motstå en endring i formen. Det manifesterer seg i et objekt som har en tendens til å gjenvinne sin form når det er under virkningen av en deformasjonskraft.

Den elastiske kraften kalles også gjenopprettingskraften fordi den motarbeider deformasjon for å føre gjenstander tilbake til likevektsposisjonen. Overføringen av den elastiske kraften skjer gjennom partiklene som utgjør gjenstandene.

Fjærens elastiske kraft

For eksempel, når en metallfjær komprimeres, utøves en kraft som skyver fjærpartiklene, og reduserer separasjonen mellom dem, samtidig som partiklene motstår å bli presset ved å utøve en kraft i strid med kompresjonen.

Hvis i stedet for å komprimere fjæren blir den trukket, tøyet, blir partiklene som utgjør den mer separert. På samme måte motstår partiklene å skilles ved å utøve en kraft i strid med strekking.

Gjenstander som har egenskapen til å gjenvinne sin opprinnelige form ved å motsette deformasjonskraften, kalles elastiske objekter. Fjærer, gummibånd og strikkesnorer er eksempler på elastiske gjenstander.

Hva er den elastiske kraften?

Den elastiske kraften ( F _k ) er kraften som en gjenstand utøver for å gjenvinne sin naturlige balanse etter å ha blitt påvirket av en ytre kraft.

For å analysere den elastiske kraften vil det ideelle fjærmassesystemet bli tatt i betraktning, som består av en horisontalt plassert fjær festet i den ene enden til veggen og i den andre enden til en blokk med ubetydelig masse. De andre kreftene som virker på systemet, for eksempel friksjonskraften eller tyngdekraften, vil ikke bli tatt i betraktning.

Hvis det utøves en horisontal kraft på massen, rettet mot veggen, overføres den mot fjæren, og presser den sammen. Fjæren beveger seg fra sin likevektsposisjon til en ny stilling. Ettersom objektet har en tendens til å forbli i likevekt, manifesteres den elastiske kraften i fjæren som er imot den påførte kraften.

Forskyvningen indikerer hvor mye fjæren har deformert og den elastiske kraften er proporsjonal med den forskyvningen. Når fjæren er komprimert, øker variasjonen i posisjon, og følgelig øker den elastiske kraften.

Jo mer fjæren er komprimert, jo mer motsatt kraft utøver den til den når et punkt hvor den påførte kraften og den elastiske kraften balanserer, følgelig slutter fjærmassesystemet å bevege seg. Når du slutter å bruke kraft, er den eneste kraften som virker den elastiske kraften. Denne kraften akselererer fjæren i motsatt retning av deformasjonen til den får likevekt igjen.

Det samme skjer når vi strekker fjæren, trekker massen horisontalt. Fjæren er strukket og utøver umiddelbart en kraft proporsjonal med forskyvningen som er motsatt strekningen.

formler

Den elastiske kraftformelen kommer til uttrykk ved Hookes lov. Denne loven sier at den lineære elastiske kraften som utøves av en gjenstand, er proporsjonal med forskyvningen.

F _k = -k.Δ s

F _k = Elastisk kraft

Hookes lov. Elastisk kraft proporsjonal med strekk.

Det negative tegnet i ligningen indikerer at fjærens elastiske kraft er i motsatt retning av kraften som forårsaket forskyvningen. Proportionalitetskonstanten k er en konstant som avhenger av hvilken type materiale fjæren er laget av. Enheten til konstanten k er N / m.

Elastiske objekter har en elastisitetsgrense som vil avhenge av deformasjonskonstanten. Hvis den er strukket utover den elastiske grensen, vil den deformeres permanent.

Ligningen y gjelder små forskyvninger av våren. Når forskyvningene er større, legges vilkår med større effekt på Δ x til .

Kinetisk energi og potensiell energi referert til en elastisk kraft

Den elastiske kraften virker på fjæren ved å bevege den mot sin likevektsposisjon. Under denne prosessen øker den potensielle energien i fjærmassesystemet. Den potensielle energien på grunn av arbeidet med den elastiske kraften kommer til uttrykk i ligningen.

Potensiell energi kommer til uttrykk i Joules (J).

Når deformasjonskraften ikke blir påført, akselererer fjæren mot likevektsposisjonen, reduserer den potensielle energien og øker den kinetiske energien.

Den kinetiske energien i massefjærsystemet, når det når likevektsposisjonen, bestemmes av ligningen.

Fjærkonstanten k er 35N / m.

Det tar 1,75 N kraft for å deformere fjæren med 5 cm.

Hva er avbøyningskonstanten til en fjær som er strukket 20 cm ved hjelp av en 60N kraft?

Fjærkonstanten er 300N / m

Innhenting av potensiell energi

Hva er den potensielle energien som er referert til arbeidet som utføres av den elastiske kraften til en fjær som er komprimert 10 cm og dens deformasjonskonstant er 20N / m?

Fjærens elastiske kraft er -200N.

Denne kraften arbeider på fjæren for å bevege den mot sin likevektsposisjon. Ved å gjøre dette arbeidet øker du den potensielle energien i systemet.

Den potensielle energien blir beregnet med ligningen

referanser

1. Kittel, C, Knight, WD og Ruderman, M A. Mechanics. USA: Mc Graw Hill, 1973, bind I.
2. Rama Reddy, K, Badami, SB og Balasubramanian, V. Oscillations and Waves. India: Universities Press, 1994.
3. Murphy, J. Fysikk: understanging egenskapene til materie og energi. New York: Britannica Educational Publishing, 2015.
4. Giordano, N J. College Physics: Reasoning and Relationships. Canada: Brooks / Cole, 2009.
5. Walker, J, Halliday, D og Resnick, R. Fundamentals of Physics. USA: Wiley, 2014.