The elastická síla je síla, kterou objekt působí, aby odolával změně jeho tvaru. Projevuje se v objektu, který má tendenci znovu získat svůj tvar, když je vystaven působení deformační síly.
Elastická síla se také nazývá obnovovací síla, protože působí proti deformaci, aby vrátila objekty do jejich rovnovážné polohy. K přenosu elastické síly dochází prostřednictvím částic, které tvoří předměty.
Například, když je kovová pružina stlačena, je vyvíjena síla, která tlačí částice pružiny, čímž se zmenšuje vzdálenost mezi nimi, přičemž částice odolávají tlaku, který je vyvíjen silou působící proti kompresi..
Pokud je místo stlačování pružiny tahána, roztahována, částice, které ji tvoří, jsou dále odděleny. Podobně částice odolávají tomu, aby byly odděleny působením síly v rozporu s protahováním..
Objekty, které mají tu vlastnost, že obnoví svůj původní tvar, když se postaví proti deformační síle, se nazývají elastické objekty. Pružiny, gumičky a bungee šňůry jsou příklady elastických předmětů..
Rejstřík článků
Elastická síla (Fk) je síla, kterou objekt působí, aby obnovil svůj stav přirozené rovnováhy poté, co byl ovlivněn vnější silou.
Pro analýzu pružné síly bude vzat v úvahu ideální systém hmotnosti pružiny, který se skládá z vodorovně umístěné pružiny připojené na jednom konci ke stěně a na druhém konci k bloku zanedbatelné hmotnosti. Ostatní síly působící na systém, jako je třecí síla nebo gravitační síla, nebudou brány v úvahu..
Pokud na hmotu působí vodorovná síla směřující ke stěně, přenáší se směrem k pružině a stlačuje ji. Pružina se pohybuje ze své rovnovážné polohy do nové polohy. Protože objekt má tendenci zůstat v rovnováze, projeví se pružná síla v pružině, která je proti aplikované síle.
Posun ukazuje, jak moc se pružina deformovala a elastická síla je úměrná tomuto posunutí. Jak je stlačena pružina, zvyšuje se změna polohy a následně se zvyšuje pružná síla..
Čím více je pružina stlačena, tím více působí protichůdná síla, dokud nedosáhne bodu, ve kterém se aplikovaná síla a rovnováha pružné síly, v důsledku toho systém pružiny a hmoty zastaví, přestane pohybovat. Když přestanete působit silou, bude působit pouze pružná síla. Tato síla zrychluje pružinu v opačném směru k deformaci, dokud neobnoví rovnovážný stav.
Totéž se děje při roztahování pružiny tažením hmoty vodorovně. Pružina se napne a okamžitě vyvíjí sílu úměrnou posunutí proti protažení.
Vzorec pružné síly je vyjádřen Hookeovým zákonem. Tento zákon stanoví, že lineární elastická síla vyvíjená objektem je úměrná posunutí.
Fk = -k.Δs [1]
Fk = Pružná síla
k = Konstanta proporcionality
Δs = Zdvihový objem
Když je objekt posunut horizontálně, jako v případě pružiny připevněné ke zdi, je posunutí ΔX, a vyjádření Hookeova zákona je napsáno:
Fk = -k.ΔX [dva]
Záporné znaménko v rovnici znamená, že pružná síla pružiny je v opačném směru než síla, která způsobila posunutí. Konstanta proporcionality k je konstanta, která závisí na typu materiálu, ze kterého je pružina vyrobena. Jednotka konstanty k to je N / m.
Pružné objekty mají mez pružnosti, která bude záviset na deformační konstantě. Pokud je roztaženo za mez pružnosti, bude se trvale deformovat.
Rovnice [1] a [2] platí pro malé posunutí pružiny. Když jsou posuny větší, podmínky s větší silou ΔX.
Pružná síla působí na pružinu tak, že ji posune do její rovnovážné polohy. Během tohoto procesu se zvyšuje potenciální energie systému pružinové hmoty. Potenciální energie v důsledku práce pružné síly je vyjádřena v rovnici [3].
U = ½ k . Δxdva[3]
Potenciální energie je vyjádřena v Joulech (J).
Když už deformační síla nepůsobí, pružina zrychluje směrem k rovnovážné poloze, snižuje potenciální energii a zvyšuje kinetickou energii..
Kinetická energie systému pružina-hmotnost, když dosáhne rovnovážné polohy, je určena rovnicí [4].
Ak= ½ m.v.dva[4]
m = hmotnost
proti = rychlost pružiny
K vyřešení systému pružina-hmota se použije Newtonův druhý zákon, který bere v úvahu, že elastická síla je proměnná síla.
Kolik síly je nutné použít na pružinu, aby se protáhla o 5 cm, pokud je konstanta pružiny 35 N / m?
Jelikož je aplikační síla opačná k elastické síle, je určena Fk za předpokladu, že pružina je natažena vodorovně. Výsledek nevyžaduje záporné znaménko, protože je zapotřebí pouze síla aplikace.
Hookeův zákon
Fk = -k.Δx
Konstanta k jaro je 35 N / m.
Δx = 5 cm = 0,05 m
Fk = -35 N / m. 0,05 m
Fk = - 1,75 N = - F.
Potřeboval 1,75 N síla deformovat pružinu 5cm.
Jaká je konstanta přetvoření pružiny, která je napnutá 20 cm působením síly 60N?
Δx =20 cm = 0,2 m
F = 60N
Fk = -60 N = - F.
k = - Fk / Δx
= - (- 60 N) / 0,2 m
k = 300 N / m
Jarní konstanta je 300 N / m
Jaká je potenciální energie vztažená k práci provedené pružnou silou stlačovací pružiny 10cm a jeho deformační konstanta je 20 N / m?
ΔX =10 cm = 0,1 m
k = 20 N / m
Fk = -20 N / m. 0,1 m
Fk = -200N
Pružná síla pružiny je -200N.
Tato síla působí na pružinu, aby ji posunula do její rovnovážné polohy. Provedení této práce zvyšuje potenciální energii systému.
Potenciální energie se počítá pomocí rovnice [3]
U = ½ k . Δxdva
U = ½ (20 N / m). (0,1 m)dva
U = 0,1J
Zatím žádné komentáře