De elastisk kraft er kraften som et objekt utøver for å motstå en endring i formen. Det manifesterer seg i et objekt som har en tendens til å gjenvinne sin form når det er under påvirkning av en deformasjonskraft.
Den elastiske kraften kalles også gjenopprettingskraften fordi den motarbeider deformasjon for å bringe gjenstander tilbake til likevektsposisjonen. Overføringen av den elastiske kraften skjer gjennom partiklene som utgjør gjenstandene.
For eksempel, når en metallfjær komprimeres, utøves en kraft som skyver fjærpartiklene, og reduserer skillet mellom dem, samtidig som partiklene motstår å bli presset ved å utøve en kraft i motsetning til kompresjon..
Hvis det i stedet for å komprimere fjæren blir trukket, strekker det seg, blir partiklene som utgjør det ytterligere skilt. Likeledes motstår partiklene å bli separert ved å utøve en kraft i motsetning til strekking..
Objekter som har egenskapen til å gjenopprette sin opprinnelige form når de motsetter seg deformasjonskraften, kalles elastiske gjenstander. Fjærer, strikker og strikkesnorer er eksempler på elastiske gjenstander..
Artikkelindeks
Den elastiske kraften (Fk) er kraften som et objekt utøver for å gjenvinne sin tilstand av naturlig balanse etter å ha blitt påvirket av en ekstern kraft.
For å analysere den elastiske kraften, vil det ideelle fjærmassesystemet tas i betraktning, som består av en horisontalt plassert fjær festet i den ene enden til veggen og i den andre enden til en blokk med ubetydelig masse. De andre kreftene som virker på systemet, slik som friksjonskraften eller tyngdekraften, vil ikke bli tatt i betraktning..
Hvis det utøves en horisontal kraft på massen, rettet mot veggen, overføres den mot fjæren og komprimerer den. Fjæren beveger seg fra sin likevektsposisjon til en ny posisjon. Ettersom objektet har en tendens til å forbli i likevekt, manifesterer den elastiske kraften på våren som motarbeider den påførte kraften.
Forskyvningen indikerer hvor mye fjæren har deformert og den elastiske kraften er proporsjonal med den forskyvningen. Når fjæren komprimeres, øker variasjonen i posisjon og følgelig øker den elastiske kraften..
Jo mer fjæren er komprimert, jo mer motstridende kraft utøver den til den når et punkt hvor den påførte kraften og den elastiske kraftbalansen, følgelig slutter fjærmassesystemet å bevege seg. Når du slutter å bruke kraft, er den eneste kraften som virker elastisk kraft. Denne kraften akselererer fjæren i motsatt retning av deformasjonen til den gjenoppretter likevektstilstanden.
Det samme skjer når du strekker fjæren og trekker massen horisontalt. Fjæren strekkes og utøver umiddelbart en kraft proporsjonal med forskyvningen mot strekningen.
Den elastiske kraftformelen uttrykkes av Hookes lov. Denne loven sier at den lineære elastiske kraften som utøves av et objekt er proporsjonal med forskyvningen.
Fk = -k.Δs [1]
Fk = Elastisk kraft
k = Konstant av proporsjonalitet
Δs = Forskyvning
Når objektet forskyves horisontalt, som i tilfelle fjæren festet til veggen, er forskyvningen Δx, og uttrykket for Hookes lov er skrevet:
Fk = -k.Δx [to]
Det negative tegnet i ligningen indikerer at fjærens elastiske kraft er i motsatt retning av kraften som forårsaket forskyvningen. Konstanten av proporsjonalitet k er en konstant som avhenger av hvilken type materiale fjæren er laget av. Enheten til konstanten k Det er N / m.
Elastiske gjenstander har en elastisitetsgrense som vil avhenge av deformasjonskonstanten. Hvis den strekkes utover den elastiske grensen, vil den deformeres permanent.
Ligningene [1] og [2] gjelder små forskyvninger av fjæren. Når fortrengningene er større, vil uttrykk med større kraft Δx.
Den elastiske kraften virker på fjæren ved å bevege den mot sin likevektsposisjon. Under denne prosessen øker den potensielle energien til fjærmassesystemet. Den potensielle energien på grunn av arbeidet utført av den elastiske kraften uttrykkes i ligning [3].
U = ½ k . Δxto[3]
Potensiell energi uttrykkes i Joule (J).
Når deformasjonskraften ikke lenger påføres, akselererer fjæren mot likevektsposisjon, reduserer den potensielle energien og øker den kinetiske energien..
Den kinetiske energien til fjærmassesystemet, når det når likevektsposisjonen, bestemmes av ligning [4].
OGk= ½ m.vto[4]
m = masse
v = vårhastighet
For å løse fjærmassesystemet brukes Newtons andre lov med tanke på at den elastiske kraften er en variabel kraft.
Hvor mye kraft som er nødvendig å bruke på en fjær for at den skal strekke seg 5 cm hvis fjærkonstanten er 35N / m?
Siden påføringskraften er motsatt den elastiske kraften, bestemmes den Fk forutsatt at fjæren er strukket vannrett. Resultatet krever ikke det negative tegnet siden det bare er behov for påføringskraft.
Hookes lov
Fk = -k.Δx
Den konstante k våren er 35N / m.
Δx = 5cm = 0,05m
Fk = -35N / m. 0,05m
Fk = - 1,75N = - F
Behov for 1,75 N kraft til å deformere fjæren 5cm.
Hva er strekkonstanten til en fjær som strekkes 20 cm ved handling av en styrke av 60N?
Δx =20cm = 0,2m
F = 60N
Fk = -60N = - F
k = - Fk / Δx
= - (- 60N) / 0,2m
k = 300 N / m
Vårkonstanten er 300N / m
Hva er den potensielle energien som er referert til arbeidet utført av den elastiske kraften til en trykkfjær 10cm og dens belastningskonstant er 20N / m?
Δx =10cm = 0,1m
k = 20 N / m
Fk = -20N / m. 0,1m
Fk = -200N
Fjærens elastiske kraft er -200N.
Denne kraften virker på fjæren for å bevege den mot sin likevektsposisjon. Å gjøre dette arbeidet øker den potensielle energien i systemet.
Den potensielle energien beregnes med ligningen [3]
U = ½ k . Δxto
U = ½ (20N / m). (0,1m)to
U = 0.1Joules
Ingen har kommentert denne artikkelen ennå.