СИЛА УПРУГОСТИ: ИЗ ЧЕГО СОСТОИТ, ФОРМУЛЫ И УПРАЖНЕНИЯ - ФИЗИЧЕСКИЙ - 2026

Сила упругости - это сила, которую объект оказывает, чтобы противостоять изменению своей формы. Он проявляется в объекте, который стремится восстановить свою форму, когда он находится под действием силы деформации.

Сила упругости также называется возвращающей силой, потому что она противодействует деформации и возвращает объекты в их положение равновесия. Передача силы упругости происходит через частицы, из которых состоят объекты.

Упругая сила пружины

Например, когда металлическая пружина сжимается, возникает сила, которая толкает частицы пружины, уменьшая расстояние между ними, в то же время частицы сопротивляются выталкиванию за счет приложения силы, противоположной сжатию.

Если вместо сжатия пружины ее тянут, растягивая, частицы, которые ее составляют, отделяются больше. Точно так же частицы сопротивляются разделению за счет приложения силы, противоположной растяжению.

Объекты, которые имеют свойство восстанавливать свою первоначальную форму при противодействии силе деформации, называются упругими объектами. Пружины, резинки и эластичные шнуры являются примерами упругих предметов.

Что такое сила упругости?

Сила упругости ( F _k ) - это сила, которую объект прилагает для восстановления своего состояния естественного баланса после воздействия внешней силы.

Для анализа силы упругости будет принята во внимание идеальная система пружинных масс, которая состоит из горизонтально расположенной пружины, прикрепленной одним концом к стене, а другим концом - к блоку с незначительной массой. Другие силы, действующие на систему, такие как сила трения или сила тяжести, не учитываются.

Если на массу действует горизонтальная сила, направленная к стене, она передается пружине, сжимая ее. Пружина перемещается из положения равновесия в новое положение. Поскольку объект стремится оставаться в равновесии, проявляется сила упругости в пружине, которая противодействует приложенной силе.

Смещение показывает, насколько пружина деформировалась, а сила упругости пропорциональна этому смещению. По мере сжатия пружины изменение положения увеличивается, и, следовательно, увеличивается сила упругости.

Чем сильнее сжимается пружина, тем большую противодействующую силу она оказывает, пока не достигнет точки, в которой приложенная сила и сила упругости уравновешиваются, следовательно, система масс пружины перестает двигаться. Когда вы перестаете применять силу, единственная сила, которая действует, - это сила упругости. Эта сила ускоряет пружину в направлении, противоположном деформации, до тех пор, пока она не восстановит равновесие.

То же самое происходит при растяжении пружины, растягивании массы по горизонтали. Пружина растягивается и сразу же прикладывает силу, пропорциональную смещению, противоположную растяжению.

Формулы

Формула силы упругости выражается законом Гука. Этот Закон гласит, что линейная упругая сила, прилагаемая объектом, пропорциональна смещению.

F _k = -k.Δ s

F _k = сила упругости

Закон Гука. Сила упругости пропорциональна растяжению.

Отрицательный знак в уравнении указывает на то, что сила упругости пружины противоположна силе, вызвавшей смещение. Коэффициент пропорциональности k - это постоянная величина, которая зависит от типа материала, из которого изготовлена ​​пружина. Единицей измерения постоянной k является Н / м.

У упругих объектов есть предел упругости, который будет зависеть от постоянной деформации. Если его растянуть за предел упругости, он деформируется безвозвратно.

Уравнение y применимо к малым смещениям пружины. Когда смещения больше, добавляются члены с большей степенью Δ x .

Кинетическая энергия и потенциальная энергия, относящиеся к силе упругости

Сила упругости действует на пружину, перемещая ее в положение равновесия. Во время этого процесса увеличивается потенциальная энергия системы пружинных масс. Потенциальная энергия за счет работы, совершаемой упругой силой, выражается в уравнении.

Потенциальная энергия выражается в Джоулях (Дж).

Когда сила деформации не применяется, пружина ускоряется к положению равновесия, уменьшая потенциальную энергию и увеличивая кинетическую энергию.

Кинетическая энергия системы массовых пружин, когда она достигает положения равновесия, определяется уравнением.

Жесткость пружины k составляет 35 Н / м.

Чтобы деформировать пружину на 5 см, требуется усилие 1,75 Н.

Какова постоянная прогиба пружины, растянутой на 20 см под действием силы 60 Н?

Жесткость пружины составляет 300 Н / м.

Получение потенциальной энергии

Какова потенциальная энергия, относящаяся к работе, совершаемой упругой силой пружины, сжатой на 10 см и постоянной деформации 20 Н / м?

Сила упругости пружины составляет -200 Н.

Эта сила действует на пружину, перемещая ее в положение равновесия. Выполнение этой работы увеличивает потенциальную энергию системы.

Потенциальная энергия рассчитывается по уравнению

Ссылки

1. Киттель, К., Найт, В. Д. и Рудерман, М. А. Механика. США: Mc Graw Hill, 1973, Vol. I.
2. Рама Редди, К., Бадами, С.Б. и Баласубраманиан, В. Колебания и волны. Индия: Universities Press, 1994.
3. Мерфи, Дж. Физика: понимание свойств материи и энергии. Нью-Йорк: Britannica Educational Publishing, 2015.
4. Джордано, Н. Дж. Физика колледжа: рассуждения и отношения. Канада: Брукс / Коул, 2009.
5. Уокер, Дж., Холлидей, Д. и Резник, Р. Основы физики. США: Wiley, 2014.