De elastisk kraft är den kraft som ett objekt utövar för att motstå en förändring i dess form. Det manifesterar sig i ett föremål som tenderar att återfå sin form när det är under påverkan av en deformationskraft.
Den elastiska kraften kallas också återställningskraften eftersom den motsätter sig deformation för att återföra föremål till deras jämviktsposition. Överföringen av den elastiska kraften sker genom de partiklar som utgör föremålen.
Till exempel, när en metallfjäder komprimeras, utövas en kraft som skjuter fjäderpartiklarna, vilket minskar separationen mellan dem, samtidigt som partiklarna motstår att pressas genom att utöva en kraft som är i motsats till kompression..
Om i stället för att komprimera fjädern dras, sträcker sig, separeras partiklarna som utgör den ytterligare. På samma sätt motstår partiklarna att separeras genom att utöva en kraft som strider mot sträckning..
Föremål som har egenskapen att återställa sin ursprungliga form när de motsätter sig deformationskraften kallas elastiska föremål. Fjädrar, gummiband och strängband är exempel på elastiska föremål..
Artikelindex
Den elastiska kraften (Fk) är den kraft som ett objekt utövar för att återfå sitt naturliga balans efter att ha påverkats av en extern kraft.
För att analysera den elastiska kraften kommer det ideala fjädermassasystemet att beaktas, som består av en horisontellt placerad fjäder fäst i ena änden till väggen och i den andra änden till ett block med försumbar massa. De andra krafterna som verkar på systemet, såsom friktionskraften eller tyngdkraften, kommer inte att beaktas..
Om en horisontell kraft utövas på massan, riktad mot väggen, överförs den mot fjädern och komprimerar den. Fjädern rör sig från sin jämviktsposition till en ny position. Eftersom objektet tenderar att förbli i jämvikt manifesterar sig den elastiska kraften på våren som motsätter sig den applicerade kraften.
Förskjutningen anger hur mycket fjädern har deformerats och den elastiska kraften är proportionell mot den förskjutningen. När fjädern komprimeras ökar variationen i läge och följaktligen ökar den elastiska kraften..
Ju mer fjädern komprimeras, desto mer motsatt kraft utövar den tills den når en punkt där den applicerade kraften och den elastiska kraftbalansen, följaktligen slutar fjädermassasystemet att röra sig. När du slutar använda kraft är den enda kraften som verkar den elastiska kraften. Denna kraft accelererar fjädern i motsatt riktning mot deformationen tills den återställer jämviktstillståndet.
Samma sak händer när du sträcker våren och drar massan horisontellt. Fjädern sträcks ut och utövar omedelbart en kraft som är proportionell mot förskjutningen mot sträckan.
Den elastiska kraftformeln uttrycks av Hookes lag. Denna lag säger att den linjära elastiska kraften som utövas av ett objekt är proportionell mot förskjutningen.
Fk = -k.Δs [1]
Fk = Elastisk kraft
k = Konstant av proportionalitet
Δs = Förskjutning
När föremålet förskjuts horisontellt, som i fallet med fjädern fäst vid väggen, är förskjutningen Δx, och uttrycket av Hookes lag är skrivet:
Fk = -k.Δx [två]
Det negativa tecknet i ekvationen indikerar att fjäderns elastiska kraft är i motsatt riktning till den kraft som orsakade förskjutningen. Proportionalitetskonstanten k är en konstant som beror på vilken typ av material fjädern är gjord av. Enhetens konstant k det är N / m.
Elastiska objekt har en elasticitetsgräns som beror på deformationskonstanten. Om den sträcks bortom den elastiska gränsen kommer den att deformeras permanent.
Ekvationerna [1] och [2] gäller för små förskjutningar av fjädern. När förskjutningarna är större, villkor med större kraft Δx.
Den elastiska kraften fungerar på fjädern genom att flytta den mot dess jämviktsposition. Under denna process ökar vårmassasystemets potentiella energi. Den potentiella energin på grund av det elastiska kraftens arbete uttrycks i ekvation [3].
U = ½ k . Δxtvå[3]
Potentiell energi uttrycks i Joule (J).
När deformationskraften inte längre appliceras accelererar fjädern mot jämviktspositionen, minskar den potentiella energin och ökar den kinetiska energin..
Fjädermassasystemets kinetiska energi, när det når jämviktspositionen, bestäms av ekvation [4].
OCHk= ½ m.vtvå[4]
m = massa
v = fjäderhastighet
För att lösa fjädermassasystemet tillämpas Newtons andra lag med beaktande av att den elastiska kraften är en variabel kraft.
Hur mycket kraft som krävs för att applicera en fjäder för att den ska sträcka sig 5 cm om fjäderkonstanten är 35N / m?
Eftersom appliceringskraften är motsatt den elastiska kraften bestäms den Fk förutsatt att fjädern sträcks horisontellt. Resultatet kräver inte det negativa tecknet eftersom endast applikationskraften behövs.
Hookes lag
Fk = -k.Δx
Konstanten k våren är 35N / m.
Δx = 5 cm = 0,05 m
Fk = -35N / m. 0,05 m
Fk = - 1,75N = - F
Behövs 1,75 N kraft att deformera fjädern 5 cm.
Vad är töjningskonstanten för en fjäder som sträcks 20 cm genom en styrka av 60N?
Δx =20cm = 0,2m
F = 60N
Fk = -60N = - F
k = - Fk / Δx
= - (- 60N) / 0,2m
k = 300 N / m
Vårkonstanten är 300N / m
Vad är den potentiella energin som hänvisas till arbetet som utförs av den elastiska kraften hos en tryckfjäder 10 cm och dess stamkonstant är 20N / m?
Δx =10 cm = 0,1 m
k = 20 N / m
Fk = -20N / m. 0,1 m
Fk = -200N
Fjäderns elastiska kraft är -200N.
Denna kraft fungerar på fjädern för att flytta den mot dess jämviktsposition. Genom att utföra detta arbete ökar systemets potentiella energi.
Den potentiella energin beräknas med ekvationen [3]
U = ½ k . Δxtvå
U = ½ (20N / m). (0,1 m)två
U = 0,1Joules
Ingen har kommenterat den här artikeln än.