Elastische Festigkeit (Fer) ist die Kraft, die auf einen elastischen Körper, zum Beispiel eine Feder, ein Gummi oder ein Gummizug, ausgeübt wird.
Diese Kraft bestimmt also die Verformung dieses Körpers beim Strecken oder Zusammendrücken. Dies hängt von der Richtung der ausgeübten Kraft ab.
Nehmen wir als Beispiel eine Feder, die an einer Stütze befestigt ist. Wenn keine Kraft darauf einwirkt, sagen wir, dass es in Ruhe ist. Wenn wir diese Feder wiederum dehnen, wird eine Kraft in die entgegengesetzte Richtung erzeugt.
Beachten Sie, dass die Verformung der Feder direkt proportional zur Intensität der ausgeübten Kraft ist. Je größer die aufgebrachte Kraft (P), desto größer die Verformung der Feder (x), wie in der folgenden Abbildung zu sehen:
Formel für die Zugfestigkeit
Zur Berechnung der elastischen Kraft verwenden wir eine Formel des englischen Wissenschaftlers Robert Hooke (1635-1703), genannt Hookes Gesetz:
F = K. x
Wo,
F: auf den elastischen Körper ausgeübte Kraft (N)
K: elastische Konstante (N/m)
x: Variation, die der elastische Körper erleidet (m)
Elastische Konstante
Es sei daran erinnert, dass die sogenannte „elastische Konstante“ durch die Art des verwendeten Materials und auch durch seine Abmessungen bestimmt wird.
Beispiele
1. Ein Ende einer Feder ist an einer Stütze befestigt. Beim Aufbringen einer Kraft am anderen Ende erfährt diese Feder eine Verformung von 5 m. Bestimmen Sie die Stärke der aufgebrachten Kraft, wobei Sie wissen, dass die Federkonstante 110 N/m beträgt.
Um die Stärke der auf die Feder ausgeübten Kraft zu kennen, müssen wir die Formel des Hookeschen Gesetzes verwenden:
F = K. x
F = 110. 5
F = 550 N
2. Bestimmen Sie die Variation einer Feder mit einer wirkenden Kraft von 30 N und einer elastischen Konstante von 300 N/m.
Um die von der Feder erlittene Schwankung zu finden, verwenden wir die Formel des Hookeschen Gesetzes:
F = K. x
30 = 300. x
x = 30/300
x = 0,1 m
Elastische potentielle Energie
Die mit der elastischen Kraft verbundene Energie wird als elastische potentielle Energie bezeichnet. Es hängt mit dem zusammen Arbeit erfolgt durch die elastische Kraft des Körpers, die von der Ausgangsposition in die verformte Position geht.
Die Formel zur Berechnung der elastischen potentiellen Energie lautet wie folgt:
EPund = Kx2/2
Wo,
EPund: elastische potentielle Energie
K: elastische Konstante
x: Maß der elastischen Körperverformung
Möchten Sie mehr wissen? Lesen Sie auch:
- Stärke
- Potenzielle Energie
- Elastische potentielle Energie
- Physikalische Formeln
Aufnahmeprüfungsübungen mit Feedback
1. (CFU) Ein Teilchen mit der Masse m, das sich in einer horizontalen Ebene ohne Reibung bewegt, ist auf vier verschiedene Arten an einem Federsystem befestigt, wie unten gezeigt.
Kreuzen Sie bei den Teilchenschwingungsfrequenzen die richtige Alternative an.
a) Die Häufigkeiten in den Fällen II und IV sind gleich.
b) Die Häufigkeiten in den Fällen III und IV sind gleich.
c) Die höchste Häufigkeit tritt im Fall II auf.
d) Die höchste Häufigkeit tritt im Fall I auf.
e) Die niedrigste Häufigkeit tritt im Fall IV auf.
Alternative b) Die Häufigkeiten in den Fällen III und IV sind gleich.
2. (UFPE) Betrachten Sie das Feder-Masse-System in der Abbildung mit m = 0,2 kg und k = 8,0 N/m. Der Block wird aus einer Entfernung von 0,3 m von seiner Gleichgewichtsposition fallengelassen und kehrt mit genau null Geschwindigkeit zu ihm zurück, also ohne die Gleichgewichtsposition auch nur einmal zu überschreiten. Unter diesen Bedingungen beträgt der Gleitreibungskoeffizient zwischen dem Block und der horizontalen Oberfläche:
a) 1,0
b) 0,6
c) 0,5
d) 0,707
e) 0,2
Alternative b) 0,6
3. (UFPE) Ein Körper mit der Masse M = 0,5 kg, der reibungsfrei auf einer horizontalen Fläche gelagert ist, ist an einer Feder befestigt, deren elastische Kraftkonstante K = 50 N/m beträgt. Das Objekt wird 10 cm gezogen und dann losgelassen, wobei es in Bezug auf die Gleichgewichtsposition zu schwingen beginnt. Wie hoch ist die maximale Geschwindigkeit des Objekts in m / s?
a) 0,5
b) 1,0
c) 2,0
d) 5.0
e) 7,0
Alternative b) 1.0
