THE elastinen voima ja pakottaa elastisten materiaalien reaktio, joka on vastoin sitä puristavaa tai venyttävää ulkoista voimaa. Kimmovoiman kaava on esitetty Hooken laki, joka liittyy voiman jousen muodonmuutokseen. Siten voimme löytää sen arvon materiaalin kimmovakion kärsimän muodonmuutoksen tulon kautta.
Tietää enemmän: Painovoima — toisen massiivisen kappaleen tuottama gravitaatiovoima
Vetolujuus yhteenveto
Elastinen voima määrää jousen kärsimän muodonmuutoksen.
Sen laskeminen tehdään Hooken lain avulla.
Hooken laki sanoo, että voima on verrannollinen jousen muodonmuutokseen.
Hooken laki ilmestyi ensimmäisen kerran muodossa anagrammi "ceiiinosssttuv", joka tarkoittaa "ut tensio, sic vis" ja tarkoittaa: "Kuten muodonmuutos, niin voima."
Kimmovakio käsittelee jousen muodonmuutoksen helppoutta tai vaikeutta, ja sen määrittelevät elastisen materiaalin mitat ja luonne.
Jousivoiman työ määräytyy jousivakion ja jousivenymän neliön tulolla, kaikki jaettuna kahdella.
Sekä elastinen voimakaava että sen
Job niillä on negatiivinen etumerkki, joka edustaa voiman taipumusta olla päinvastainen jousen liikettä vastaan.
Mikä on elastinen voima?
Elastinen voima on jousen tai muiden materiaalien muodonmuutokseen liittyvä voima, kuten kumit ja kuminauhat. Se toimii vastakkaiseen suuntaan kuin kehon vastaanottama voima. Eli jos työnnämme jousta sen puristumiseen, se tekee saman voiman, mutta vastakkaiseen suuntaan, tähtääen sen puristumiseen.
Sen laskelma on tehty käyttämällä Hooken lakia, jonka Robert Hooke (1635–1703) julisti vuonna 1678 anagrammin muodossa "ceiiinosssttuv", tietojen varaamiseksi itselleen. Vasta kahden vuoden kuluttua hän tulkitsi sen sanalla "ut tensio, sic vis", joka tarkoittaa "muodonmuutoksena, niin voimana". voiman ja muodonmuutoksen välinen suhteellisuussuhde.
→ Hooken lain video
Mikä on kimmovoiman kaava?
Kimmovoimakaava, eli Hooken laki, ilmaistaan seuraavasti:
\(F_{el}=-\ k\bullet∆x\)
Mihin:
\(∆x=xf-xi\)
\(Gall}\): kimmovoima, eli jousen kohdistama voima, mitattuna newtoneina \([N]\).
k: jousivakio, mitattuna [\(N/m\)].
\(∆x\): muutos jousen muodonmuutoksessa (kutsutaan myös venymäksi), mitattuna metreinä [\(m\)].
\(x_i\): jousen alkupituus metreinä mitattuna [\(m\)].
\(x_f\): jousen lopullinen pituus, mitattuna metreinä [\(m\)].
Tärkeä: Kaavan negatiivinen etumerkki on olemassa, koska voima pyrkii vastustamaan kappaleen siirtymistä ja pyrkii järjestelmän tasapainoon, kuten alla olevassa kuvassa 2.
Kuitenkin jos \(F_{el}>0\) varten \(x<0\), kuten kuvassa 1, jousi puristuu. On jo \(F_{el}<0\) varten \(x>0\), kuten kuvassa 3, jousi on venytetty.
→ Elastinen vakio
Jousivakio määrittää jousen jäykkyyden, eli kuinka paljon voimaa tarvitaan jousen muodonmuutokseen. Sen arvo riippuu yksinomaan sen materiaalin luonteesta, josta se on valmistettu, ja sen mitoista. Siksi, mitä suurempi jousivakio, sitä vaikeampi on muuttaa muotoaan.
elastinen voima toimii
Jokainen voima toimii. Joten voimatyötä elastisuus löytyy kaavalla:
\(W_{el}=-\left(\frac{{k\bullet x_f}^2}{2}-\frac{{k\bullet x_i}^2}{2}\oikea)\)
Olettaen että xi=0 ja soittaa xf sisään x, meillä on sen tunnetuin muoto:
\(W_{el}=-\frac{{k\bullet x}^2}{2}\)
\(W_{el}\): kimmovoiman työ, mitattuna jouleina [J].
k: jousivakio, mitattuna [Ei/m].
\(x_i\): jousen alkupituus metreinä mitattuna [m].
\(x_f\) tai x: jousen lopullinen pituus, mitattuna metreinä [m].
Lue myös: Vetovoima – köysiin tai vaijereihin kohdistettu voima
Kuinka laskea kimmovoima?
Matemaattisesta näkökulmasta kimmovoima lasketaan sen kaavan kautta ja aina kun työskentelemme jousien kanssa. Alla näemme esimerkin jousivoiman laskemisesta.
Esimerkki:
Kun tiedät, että jousen jousivakio on 350 N/m, määritä jousen muodon muuttamiseen tarvittava voima 2,0 cm.
Resoluutio:
Laskemme jousen muodonmuutokseen tarvittavan voiman Hooken lain avulla:
\(F_{el}=k\bullet x\)
Muunnetaan 2 cm: n venymä metreiksi ja korvataan jousivakion arvo:
\(F_{el}=350\bullet0.02\)
\(F_{el}=7\ N\)
Harjoitukset ratkaistu kimmovoimalla
Kysymys 1
10 N: n voimalla puristettuna jousi muuttaa pituuttaan 5 cm (0,05 m). Tämän kevään jousivakio N/m on noin:
A) 6,4 N/m
B) 500 N/m
C) 250 N/m
D) 200 N/m
E) 12,8 N/m
Resoluutio:
Vaihtoehto D
Laskemme Hooken lain mukaan:
\(F_{el}=k\bullet x\)
\(10=k\bullet0.05\)
\(k=\frac{10}{0.05}\)
\(k=200\ N/m\)
kysymys 2
Jousi, jonka jousivakio on 500 N/m, painetaan 50 N: n voimalla. Laske näiden tietojen perusteella, mikä on senttimetreinä jousen tämän voiman vaikutuksesta kärsimä muodonmuutos.
A) 100
B) 15
C) 0,1
D) 1000
E) 10
Resoluutio:
Vaihtoehto E
Laskemme jousen muodonmuutoksen Hooken lain avulla:
\(F_{el}=k\bullet x\)
\(50=500\bullet x\)
\(x=\frac{50}{500}\)
\(x=0,1\ m\)
\(x=10\ cm\)
Kirjailija: Pâmella Raphaella Melo
Fysiikan opettaja
