- מהו הכוח האלסטי?
- נוסחאות
- אנרגיה קינטית ואנרגיה פוטנציאלית התייחסו לכוח אלסטי
- השגת אנרגיה פוטנציאלית
- הפניות
כוח אלסטי הוא הכוח שמפעיל גרם שמים להתנגד לשינוי צורתו. זה בא לידי ביטוי בעצם שנוטה להחזיר את צורתו כאשר הוא נמצא תחת פעולה של כוח עיוות.
הכוח האלסטי נקרא גם הכוח המשיב מכיוון שהוא מתנגד לעיוות להחזרת עצמים למצב שיווי המשקל שלהם. העברת הכוח האלסטי היא דרך החלקיקים המרכיבים את העצמים.
כוח אלסטי של קפיץ
לדוגמה, כאשר דחוס קפיץ מתכת, מופעל כוח הדוחף את חלקיקי הקפיץ, ומקטין את ההפרדה ביניהם, במקביל, החלקיקים מתנגדים לדחיפה על ידי הפעלת כוח המנוגד לדחיסה.
אם במקום לדחוס את הקפיץ הוא נמשך, נמתח, החלקיקים המרכיבים אותו מופרדים יותר. כמו כן, החלקיקים מתנגדים להפרדה על ידי הפעלת כוח המנוגד למתיחה.
חפצים שיש להם את המאפיין להחזיר את צורתם המקורית על ידי התנגדות לכוח הדפורמציה נקראים עצמים אלסטיים. קפיצים, גומיות ומיתרי באנג'י הם דוגמאות לחפצים אלסטיים.
מהו הכוח האלסטי?
הכוח האלסטי ( F k ) הוא הכוח שאובייקט מפעיל כדי להחזיר את מצבו של האיזון הטבעי לאחר שהושפע מכוח חיצוני.
כדי לנתח את הכוח האלסטי תובא בחשבון מערכת מסת האביב האידיאלית, המורכבת ממעיין מונח אופקית המחובר בקצה אחד לקיר ובקצה השני לגוש מסה זניח. הכוחות האחרים הפועלים על המערכת, כמו כוח החיכוך או כוח הכובד, לא יובאו בחשבון.
אם מופעל כוח אופקי על המסה, המכוון אל הקיר, הוא מועבר לכיוון הקפיץ, דוחס אותו. הקפיץ עובר ממצב שיווי המשקל שלו למצב חדש. כאשר האובייקט נוטה להישאר בשיווי משקל, מתגלה הכוח האלסטי באביב המתנגד לכוח המופעל.
העקירה מציינת עד כמה הקפיץ עיוות והכוח האלסטי פרופורציונלי לאותה תזוזה. כאשר הקפיץ נדחס, השונות בתנוחה גדלה וכתוצאה מכך הכוח האלסטי עולה.
ככל שהקפיץ דוחס יותר, הוא מפעיל כוח מנוגד יותר עד שהוא מגיע לנקודה בה הכוח המופעל ומאזן הכוח האלסטי, כתוצאה מכך מערכת מסת הקפיץ מפסיקה לנוע. כשמפסיקים להפעיל כוח, הכוח היחיד שפועל הוא הכוח האלסטי. כוח זה מאיץ את הקפיץ בכיוון ההפוך לעיוות עד שהוא יחזור לשיווי משקל.
אותו דבר קורה כשמתחים את הקפיץ, מושכים את המסה אופקית. הקפיץ נמתח ומפעיל מיד כוח פרופורציונלי לעקירה המתנגדת למתיחה.
נוסחאות
נוסחת הכוח האלסטי באה לידי ביטוי בחוק של הוק. חוק זה קובע כי הכוח האלסטי הליניארי המופעל על ידי חפץ הוא פרופורציונלי לעקירה.
F k = -k.Δ s
F k = כוח אלסטי
חוק הוק. כוח אלסטי ביחס למתיחה.
הסימן השלילי במשוואה מצביע על כך שהכוח האלסטי של הקפיץ נמצא בכיוון ההפוך לכוח שגרם לעקירה. קבוע המידתיות k הוא קבוע התלוי בסוג החומר ממנו עשוי הקפיץ. היחידה של הקבוע קבוע היא N / m.
לאובייקטים אלסטיים יש מגבלת אלסטיות שתלויה בקבוע העיוות. אם הוא נמתח מעבר לגבול האלסטי, הוא יתעוות לצמיתות.
המשוואה y חלה על תזוזות קטנות של המעיין. כאשר העקירות גדולות יותר, מוסיפים מונחים בעלי עוצמה גבוהה יותר של Δ x .
אנרגיה קינטית ואנרגיה פוטנציאלית התייחסו לכוח אלסטי
הכוח האלסטי אכן פועל על הקפיץ על ידי הזזתו לעבר תנוחת שיווי המשקל שלו. במהלך תהליך זה האנרגיה הפוטנציאלית של מערכת מסת האביב גדלה. האנרגיה הפוטנציאלית הנובעת מהעבודה שנעשית על ידי הכוח האלסטי באה לידי ביטוי במשוואה.
אנרגיה פוטנציאלית באה לידי ביטוי בג'אול (J).
כאשר כוח הדפורמציה אינו מופעל, הקפיץ מאיץ לעבר תנוחת שיווי המשקל, מצמצם את האנרגיה הפוטנציאלית ומגדיל את האנרגיה הקינטית.
האנרגיה הקינטית של מערכת קפיצי המסה, כאשר היא מגיעה למצב שיווי המשקל, נקבעת על ידי משוואה.
קבוע האביב k הוא 35N / m.
דרוש כוח של 1.75 N כדי לעוות את הקפיץ ב -5 ס"מ.
מהו קבוע הסטייה של קפיץ המתוח 20 ס"מ על ידי פעולה של כוח 60N?
קבוע הקפיץ הוא 300N / m
השגת אנרגיה פוטנציאלית
מהי האנרגיה הפוטנציאלית המתייחסת לעבודה שנעשית על ידי הכוח האלסטי של קפיץ הדחוס 10 ס"מ וקבוע העיוות שלו הוא 20N / m?
הכוח האלסטי של הקפיץ הוא -200N.
כוח זה פועל על הקפיץ כדי להזיז אותו לעבר תנוחת שיווי המשקל שלו. ביצוע עבודה זו מגדיל את האנרגיה הפוטנציאלית של המערכת.
האנרגיה הפוטנציאלית מחושבת בעזרת המשוואה
הפניות
- קיטל, C, נייט, WD ורודרמן, M A. מכניקה. ארה"ב: מק גריי היל, 1973, כרך א '.
- ראמה רדי, K, Badami, SB ו- Balasubramanian, V. תנודות וגלים. הודו: University Universities, 1994.
- מרפי, ג '. פיסיקה: הבנה מחדש של תכונות החומר והאנרגיה. ניו יורק: הוצאת בריטניקה חינוכית, 2015.
- Giordano, N J. Physics College: נימוקים ומערכות יחסים. קנדה: ברוקס / קול, 2009.
- ווקר, ג'יי, האלידיי, ד ורזניק, ר 'יסודות הפיזיקה. ארה"ב: Wiley, 2014.