forță elastică este forța pe care o exercită un obiect pentru a rezista unei schimbări de formă. Se manifestă într-un obiect care tinde să-și recapete forma atunci când se află sub acțiunea unei forțe de deformare.
Forța elastică este numită și forță de refacere, deoarece se opune deformării pentru a readuce obiectele în poziția lor de echilibru. Transferul forței elastice se face prin particulele care alcătuiesc obiectele.
De exemplu, atunci când un arc metalic este comprimat, se exercită o forță care împinge particulele arcului, scăzând separarea dintre ele, în același timp, particulele rezistând la împingere exercitând o forță contrară compresiei..
Dacă în loc de comprimarea arcului este tras, întinzându-se, particulele care îl alcătuiesc sunt separate în continuare. La fel, particulele rezistă să fie separate prin exercitarea unei forțe contrare întinderii..
Obiectele care au proprietatea de a-și recupera forma inițială atunci când se opun forței de deformare se numesc obiecte elastice. Arcurile, benzile de cauciuc și snururile sunt exemple de obiecte elastice..
Indice articol
Forța elastică (Fk) este forța pe care o exercită un obiect pentru a-și recâștiga starea de echilibru natural după ce a fost afectată de o forță externă.
Pentru a analiza forța elastică, se va lua în considerare sistemul de masă ideal al arcului, care constă dintr-un arc așezat orizontal atașat la un capăt de perete și la celălalt capăt la un bloc de masă neglijabilă. Celelalte forțe care acționează asupra sistemului, cum ar fi forța de frecare sau forța gravitațională, nu vor fi luate în considerare..
Dacă se exercită o forță orizontală asupra masei, îndreptată spre perete, aceasta este transferată spre arc, comprimându-l. Arcul trece de la poziția sa de echilibru la o nouă poziție. Deoarece obiectul tinde să rămână în echilibru, se manifestă forța elastică din arc care se opune forței aplicate.
Deplasarea indică cât s-a deformat arcul și forța elastică este proporțională cu acea deplasare. Pe măsură ce arcul este comprimat, variația poziției crește și, în consecință, crește forța elastică..
Cu cât este mai mult comprimat arcul, cu atât mai multă forță opusă o exercită până la atingerea unui punct în care forța aplicată și forța elastică se echilibrează, prin urmare sistemul arc-masă încetează să se miște. Când încetezi să mai aplici forța, singura forță care acționează este forța elastică. Această forță accelerează arcul în direcția opusă deformării până când recuperează starea de echilibru.
La fel se întâmplă și atunci când întindeți arcul trăgând masa orizontal. Arcul este întins și exercită imediat o forță proporțională cu deplasarea care se opune întinderii.
Formula forței elastice este exprimată prin Legea lui Hooke. Această lege afirmă că forța elastică liniară exercitată de un obiect este proporțională cu deplasarea.
Fk = -k.Δs [1]
Fk = Forța elastică
k = Constanta de proportionalitate
Δs = Deplasare
Când obiectul este deplasat orizontal, ca în cazul arcului atașat la perete, deplasarea este ΔX, iar expresia Legii lui Hooke este scrisă:
Fk = -k.ΔX [Două]
Semnul negativ din ecuație indică faptul că forța elastică a arcului este în direcția opusă forței care a provocat deplasarea. Constanta proporționalității k este o constantă care depinde de tipul de material din care este format arcul. Unitatea constantei k este N / m.
Obiectele elastice au o limită de elasticitate care va depinde de constanta de deformare. Dacă este întins dincolo de limita elastică, se va deforma permanent.
Ecuațiile [1] și [2] se aplică micilor deplasări ale arcului. Când deplasările sunt mai mari, termeni cu o putere mai mare de ΔX.
Forța elastică funcționează asupra arcului deplasându-l spre poziția sa de echilibru. În timpul acestui proces, energia potențială a sistemului de masă cu arc crește. Energia potențială datorată muncii efectuate de forța elastică este exprimată în ecuația [3].
U = ½ k . ΔxDouă[3]
Energia potențială este exprimată în Jouli (J).
Când forța de deformare nu mai este aplicată, arcul accelerează spre poziția de echilibru, scăzând energia potențială și crescând energia cinetică..
Energia cinetică a sistemului arc-masă, când atinge poziția de echilibru, este determinată de ecuația [4].
ȘIk= ½ m.vDouă[4]
m = masa
v = viteza arcului
Pentru a rezolva sistemul de masă cu arc, se aplică a doua lege a lui Newton luând în considerare faptul că forța elastică este o forță variabilă.
Câtă forță este necesară pentru a se aplica unui arc pentru ca acesta să se întindă 5cm dacă constanta arcului este de 35N / m?
Deoarece forța de aplicare este opusă forței elastice, se determină Fk presupunând că izvorul este întins orizontal. Rezultatul nu necesită semnul negativ, deoarece este necesară doar forța de aplicare.
Legea lui Hooke
Fk = -k.Δx
Constanta k primăvara este 35N / m.
Δx = 5cm = 0,05m
Fk = -35N / m. 0,05m
Fk = - 1,75N = - F
Necesar 1,75 N forța de deformare a arcului 5cm.
Care este constanta de deformare a unui arc întins 20 cm prin acțiunea unei forțe de 60N?
Δx =20cm = 0,2m
F = 60N
Fk = -60N = - F
k = - Fk / Δx
= - (- 60N) / 0,2 m
k = 300 N / m
Constanta arcului este 300N / m
Care este energia potențială referită la munca realizată de forța elastică a unui arc de comprimare 10cm iar constanta sa de deformare este 20N / m?
ΔX =10cm = 0,1m
k = 20 N / m
Fk = -20N / m. 0,1 m
Fk = -200N
Forța elastică a arcului este -200N.
Această forță funcționează asupra arcului pentru ao deplasa spre poziția sa de echilibru. Efectuarea acestei lucrări crește energia potențială a sistemului.
Energia potențială este calculată cu ecuația [3]
U = ½ k . ΔxDouă
U = ½ (20N / m). (0,1 m)Două
U = 0,1Joules
Nimeni nu a comentat acest articol încă.