JOUSTAVA VOIMA: MISTÄ SE KOOSTUU, KAAVAT JA HARJOITUKSET - FYYSINEN - 2026

Elastinen voima on voima, joka kohde kykenee vastustamaan muutosta muodossa. Se ilmenee esineenä, jolla on taipumus saada muoto takaisin, kun se on muodonmuutosvoiman vaikutuksessa.

Joustavaa voimaa kutsutaan myös palauttavaksi voimaksi, koska se vastustaa muodonmuutosta palataksesi esineet tasapainoasentoonsa. Joustava voima siirtyy esineiden muodostavien hiukkasten läpi.

Jousen elastinen voima

Esimerkiksi, kun metallijous puristetaan, kohdistuu voima, joka työntää jousipartikkelit vähentäen niiden välistä etäisyyttä, samalla kun hiukkaset vastustavat työntämistä kohdistamalla puristukselle vastaista voimaa.

Jos jousen puristamisen sijasta se vedetään ja venytetään, sen muodostavat hiukkaset erotetaan enemmän. Samoin partikkelit kestävät erottumista kohdistamalla venymisen vastaista voimaa.

Kohteita, joilla on ominaisuus palauttaa alkuperäinen muoto vastakkaisella muodonmuutosvoimalla, kutsutaan elastisiksi esineiksi. Jouset, kuminauhat ja bungee-narut ovat esimerkkejä joustavista esineistä.

Mikä on joustava voima?

Joustava voima (F _k) on voima, jonka esine kohdistaa takaisin luonnollisen tasapainotilansa ulkoisen voiman vaikutuksen jälkeen.

Joustavan voiman analysoimiseksi otetaan huomioon ihanteellinen jousimassajärjestelmä, joka koostuu vaakasuorassa asetetusta jousesta, joka on kiinnitetty toiseen päähän seinämään ja toisesta päästä merkityksettömän massan lohkoon. Muita järjestelmään vaikuttavia voimia, kuten kitkavoimaa tai painovoimaa, ei oteta huomioon.

Jos massaan kohdistuu vaakavoima, joka on suunnattu seinää kohti, se siirretään jousta kohti puristamalla sitä. Jous siirtyy tasapainoasemastaan ​​uuteen asentoon. Koska esineellä on taipumus pysyä tasapainossa, jousessa esiintyvä elastinen voima, joka vastustaa kohdistettua voimaa, ilmenee.

Siirtymä osoittaa, kuinka paljon jousi on muodonmuutos ja joustava voima on verrannollinen kyseiseen siirtoon. Kun jousi puristuu, aseman vaihtelu kasvaa ja seurauksena elastinen voima kasvaa.

Mitä enemmän jousi puristuu, sitä enemmän vastakkaista voimaa se käyttää, kunnes se saavuttaa pisteen, jossa kohdistettu voima ja elastinen voimatasapaino seuraavat, joten jousen massajärjestelmä lakkaa liikkumasta. Kun lopetat voiman kohdistamisen, ainoa vaikuttava voima on elastinen voima. Tämä voima kiihdyttää jousta vastakkaiseen suuntaan kuin muodonmuutos, kunnes se palauttaa tasapainon.

Sama tapahtuu jousta venyttäessä vetämällä massaa vaakasuoraan. Jousi venytetään ja kohdistaa välittömästi voiman, joka on verrannollinen venytystä vastakkaiseen siirtoon.

kaavat

Elastinen voimakaava ilmaistaan ​​Hooken lailla. Tämän lain mukaan esineen kohdistama lineaarinen elastinen voima on verrannollinen siirtoon.

F _k = -k.Δ s

F _k = elastinen voima

Hooken laki. Joustava voima verrannollinen venytykseen.

Yhtälön negatiivinen merkki osoittaa, että jousen joustava voima on vastakkaiseen suuntaan kuin siirtymä aiheuttanut voima. Suhteellisuusvakio k on vakio, joka riippuu materiaalin tyypistä, josta jousi on tehty. Vakion k yksikkö on N / m.

Joustavilla esineillä on joustavuusraja, joka riippuu muodonmuutosvakiosta. Jos se venytetään elastisen rajan yli, se muodonmuutos pysyvästi.

Yhtälö y koskee jousen pieniä siirtymiä. Kun siirtymät ovat suurempia, termejä, joilla on suurempi teho A x, lisätään.

Kineettinen energia ja potentiaalienergia viittaavat elastiseen voimaan

Joustava voima toimii jousella siirtämällä sitä kohti tasapainoasentoaan. Tämän prosessin aikana jousimassajärjestelmän potentiaalienergia kasvaa. Elastisen voiman tekemästä työstä johtuva potentiaalienergia ilmaistaan ​​yhtälössä.

Potentiaalinen energia ilmaistaan ​​jouleina (J).

Kun muodonmuutosvoimaa ei kohdisteta, jousi kiihtyy kohti tasapainotilaa, vähentäen potentiaalienergiaa ja lisäämällä kineettistä energiaa.

Massajousijärjestelmän kineettinen energia, kun se saavuttaa tasapainotilan, määritetään yhtälöllä.

Jousvakio k on 35N / m.

Jousen muuttaminen 5 cm: llä kestää 1,75 N voimaa.

Mikä on jousen taipumavakio, joka venytetään 20 cm 60N voiman vaikutuksesta?

Jousvakio on 300N / m

Potentiaalisen energian hankkiminen

Mikä on potentiaalienergia, joka viitataan työhön, joka tehdään jousen kimmoisasta voimasta, joka on puristettu 10cm ja sen muodonmuutosvakio on 20N / m?

Jousen elastinen voima on -200N.

Tämä voima toimii jousella siirtääkseen sitä kohti tasapainoasentoaan. Tämän työn tekeminen lisää järjestelmän potentiaalista energiaa.

Potentiaalienergia lasketaan yhtälöllä

Viitteet

1. Kittel, C, Knight, WD ja Ruderman, M A. Mechanics. USA: Mc Graw Hill, 1973, voi.
2. Rama Reddy, K, Badami, SB ja Balasubramanian, V. Oscillations and Waves. Intia: Universities Press, 1994.
3. Murphy, J. Fysiikka: aineen ja energian ominaisuuksien ymmärtäminen. New York: Britannica Educational Publishing, 2015.
4. Giordano, N J. College-fysiikka: päättely ja suhteet. Kanada: Brooks / Cole, 2009.
5. Walker, J, Halliday, D ja Resnick, R. Fysiikan perusteet. Yhdysvallat: Wiley, 2014.