Elastinen voima: käsite, kaava ja harjoitukset

Elastinen lujuus (F_hän) on voimaa, joka kohdistuu kappaleeseen, jolla on joustavuus, esimerkiksi jousi, kumi tai jousto.

Siksi tämä voima määrää tämän rungon muodonmuutoksen, kun se venyy tai puristuu. Tämä riippuu käytetyn voiman suunnasta.

Ajatelkaamme esimerkiksi tukea, joka on kiinnitetty tukeen. Jos siihen ei ole voimaa, sanomme sen olevan levossa. Kun taas venymme tänä keväänä, se luo voiman vastakkaiseen suuntaan.

Huomaa, että jousen kärsimä muodonmuutos on suoraan verrannollinen kohdistetun voiman voimakkuuteen. Täten mitä suurempi käytetty voima (P), sitä suurempi jousen (x) muodonmuutos, kuten alla olevassa kuvassa näkyy:

Vetolujuuskaava

Joustovoiman laskemiseksi käytämme englantilaisen tutkijan Robert Hooken (1635-1703) kehittämää kaavaa, jota kutsutaan Hooken laki:

F = K. x

Missä,

F: joustavaan runkoon kohdistettu voima (N)
K: elastinen vakio (N / m)
x: vaihtelu, jota elastinen runko kärsi (m)

Elastinen vakio

On syytä muistaa, että niin kutsuttu "elastinen vakio" määräytyy käytetyn materiaalin luonteen ja myös sen mitan mukaan.

Esimerkkejä

1. Jousen toinen pää on kiinnitetty tukeen. Kun voimaa kohdistetaan toiseen päähän, tämän jousen muodonmuutos on 5 m. Määritä käytetyn voiman voimakkuus tietäen, että jousivakio on 110 N / m.

Jos haluat tietää jouselle kohdistetun voiman voiman, meidän on käytettävä Hooken lain kaavaa:

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

2. Määritä jousen vaihtelu, jonka vaikuttava voima on 30 N ja sen elastinen vakio on 300 N / m.

Kevään kärsimän vaihtelun löytämiseksi käytämme Hooken lain kaavaa:

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

Elastinen potentiaalinen energia

Joustavaan voimaan liittyvää energiaa kutsutaan elastiseksi potentiaalienergiaksi. Se liittyy työ suorittaa rungon kimmoinen voima, joka menee alkuasennosta vääristyneeseen asentoon

Kaava elastisen potentiaalienergian laskemiseksi ilmaistaan ​​seuraavasti:

EP_ja = Kx²/2

Missä,

EP_ja: joustava potentiaalienergia
K: elastinen vakio
x: kappaleen elastisen muodonmuutoksen mitta

Haluatko tietää enemmän? Lue myös:

• Vahvuus
• Mahdollinen energia
• Elastinen potentiaalinen energia
• Fysiikan kaavat

Valintakokeen harjoitukset palautteella

1. (CFU) Vaakasuorassa tasossa liikkumaton, m-massainen hiukkanen kiinnitetään jousijärjestelmään neljällä eri tavalla alla esitetyllä tavalla.

Valitse hiukkasten värähtelytaajuuksista oikea vaihtoehto.

a) Taajuudet tapauksissa II ja IV ovat samat.
b) Taajuudet tapauksissa III ja IV ovat samat.
c) Suurin taajuus esiintyy tapauksessa II.
d) Suurin taajuus esiintyy tapauksessa I.
e) Pienin taajuus esiintyy tapauksessa IV.

Katso Vastaus

Vaihtoehto b) Taajuudet tapauksissa III ja IV ovat samat.

2. (UFPE) Tarkastellaan kuvassa jousimassajärjestelmää, jossa m = 0,2 kg ja k = 8,0 N / m. Lohko pudotetaan 0,3 m: n etäisyydeltä tasapainotilastaan, palaten siihen tarkalleen nollanopeudella, joten ylittämättä tasapainopaikkaa edes kerran. Näissä olosuhteissa kineettisen kitkan kerroin lohkon ja vaakasuoran pinnan välillä on:

a) 1,0
b) 0,6
c) 0,5
d) 0,707
e) 0,2

Katso Vastaus

Vaihtoehto b) 0.6

3. (UFPE) Esine, jonka massa on M = 0,5 kg ja joka on tuettu vaakasuoralle pinnalle kitkattomasti, on kiinnitetty jouseen, jonka elastinen voimavakio on K = 50 N / m. Esinettä vedetään 10 cm ja vapautetaan sitten, jolloin heilahdus alkaa tasapainotettuun asentoon nähden. Mikä on kohteen suurin nopeus, m / s?

a) 0,5
b) 1,0
c) 2,0
d) 5.0
e) 7,0

Katso Vastaus

Vaihtoehto b) 1.0