Elastická síla: koncept, vzorec a cvičení

Elastická pevnost (F._on) je síla vyvíjená na tělo, které má pružnost, například pružinu, gumu nebo gumu.

Tato síla tedy určuje deformaci tohoto těla, když se roztahuje nebo stlačuje. To bude záviset na směru použité síly.

Jako příklad si představme pružinu připojenou k podpěře. Pokud na něj nepůsobí žádná síla, říkáme, že je v klidu. Když zase natáhneme tuto pružinu, vytvoří sílu v opačném směru.

Pamatujte, že deformace způsobená pružinou je přímo úměrná intenzitě použité síly. Čím větší je aplikovaná síla (P), tím větší je deformace pružiny (x), jak je vidět na obrázku níže:

Vzorec pevnosti v tahu

Pro výpočet elastické síly používáme vzorec vyvinutý anglickým vědcem Robertem Hookem (1635-1703), nazvaný Hookeův zákon:

F = K. X

Kde,

F: síla působící na pružné tělo (N)
K.: elastická konstanta (N / m)
X: variace, které trpí elastické tělo (m)

Elastická konstanta

Za zmínku stojí, že takzvaná „elastická konstanta“ je dána povahou použitého materiálu a také jeho rozměry.

Příklady

1. Pružina má jeden konec připevněný k podpěře. Při působení síly na druhý konec prochází tato pružina deformací 5 m. Určete intenzitu aplikované síly s vědomím, že konstanta pružiny je 110 N / m.

Abychom poznali sílu síly působící na pružinu, musíme použít vzorec Hookova zákona:

F = K. X
F = 110. 5
F = 550 N

2. Určete variaci pružiny, která má působící sílu 30 N a její elastická konstanta je 300 N / m.

Abychom našli změnu, kterou jaro utrpělo, použijeme vzorec Hookeova zákona:

F = K. X
30 = 300. X
x = 30/300
x = 0,1 m

Elastická potenciální energie

Energie spojená s elastickou silou se nazývá elastická potenciální energie. Souvisí to s práce provádí se elastickou silou těla, která přechází z počáteční polohy do deformované polohy.

Vzorec pro výpočet elastické potenciální energie je vyjádřen takto:

EP_a = Kx²/2

Kde,

EP_a: elastická potenciální energie
K.: elastická konstanta
X: míra pružné deformace těla

Chcete vědět více? Přečtěte si také:

• Síla
• Potenciální energie
• Elastická potenciální energie
• Fyzikální vzorce

Cvičení na přijímací zkoušky se zpětnou vazbou

1. (CFU) Částice o hmotnosti m, pohybující se v horizontální rovině, bez tření, je připojena k pružinovému systému čtyřmi různými způsoby, jak je znázorněno níže.

Pokud jde o frekvence kmitání částic, zaškrtněte správnou alternativu.

a) Frekvence v případech II a IV jsou stejné.
b) Frekvence v případech III a IV jsou stejné.
c) Nejvyšší frekvence se vyskytuje v případě II.
d) Nejvyšší frekvence se vyskytuje v případě I.
e) Nejnižší frekvence se vyskytuje v případě IV.

Viz odpověď

Alternativa b) Frekvence v případech III a IV jsou stejné.

2. (UFPE) Uvažujme systém pružina-hmota na obrázku, kde m = 0,2 kg a k = 8,0 N / m. Blok je vypuštěn ze vzdálenosti rovné 0,3 m od své rovnovážné polohy a vrací se k ní s přesně nulovou rychlostí, proto aniž by překročil rovnovážnou polohu ani jednou. Za těchto podmínek je koeficient kinetického tření mezi blokem a vodorovným povrchem:

a) 1.0
b) 0,6
c) 0,5
d) 0,707
e) 0,2

Viz odpověď

Alternativa b) 0.6

3. (UFPE) Objekt s hmotností M = 0,5 kg, nesený na vodorovném povrchu bez tření, je připevněn k pružině, jejíž konstanta elastické síly je K = 50 N / m. Objekt je tažen na 10 cm a poté uvolněn, přičemž začne oscilovat ve vztahu k vyvážené poloze. Jaká je maximální rychlost objektu vm / s?

a) 0,5
b) 1.0
c) 2.0
d) 5,0
e) 7,0

Viz odpověď

Alternativa b) 1.0