Résistance élastique (Fil) est la force exercée sur un corps qui a de l'élasticité, par exemple un ressort, un caoutchouc ou un élastique.
Cette force détermine donc la déformation de ce corps lorsqu'il s'étire ou se comprime. Cela dépendra de la direction de la force appliquée.
A titre d'exemple, pensons à un ressort attaché à un support. S'il n'y a aucune force agissant sur lui, nous disons qu'il est au repos. À son tour, lorsque nous étirons ce ressort, il créera une force dans la direction opposée.
A noter que la déformation subie par le ressort est directement proportionnelle à l'intensité de la force appliquée. Ainsi, plus la force appliquée (P) est importante, plus la déformation du ressort (x) est importante, comme le montre l'image ci-dessous :
Formule de résistance à la traction
Pour calculer la force élastique, nous utilisons une formule développée par le scientifique anglais Robert Hooke (1635-1703), appelée La loi de Hooke:
F = K. X
Où,
F: force appliquée sur le corps élastique (N)
K: constante élastique (N/m)
X: variation subie par le corps élastique (m)
Constante élastique
Il convient de rappeler que la soi-disant « constante élastique » est déterminée par la nature du matériau utilisé, mais aussi par ses dimensions.
Exemples
1. Un ressort a une extrémité fixée à un support. Lors de l'application d'un effort à l'autre extrémité, ce ressort subit une déformation de 5 m. Déterminer l'intensité de la force appliquée, sachant que la constante du ressort est de 110 N/m.
Pour connaître la force de la force exercée sur le ressort, il faut utiliser la formule de la loi de Hooke :
F = K. X
F = 110. 5
F = 550 N
2. Déterminez la variation d'un ressort qui a une force agissante de 30N et sa constante élastique est de 300N/m.
Pour trouver la variation subie par le ressort, on utilise la formule de la loi de Hooke :
F = K. X
30 = 300. X
x = 30/300
x = 0,1 m
Énergie potentielle élastique
L'énergie associée à la force élastique est appelée énergie potentielle élastique. Il est lié au travail réalisée par la force élastique du corps qui passe de la position initiale à la position déformée.
La formule de calcul de l'énergie potentielle élastique s'exprime comme suit :
PEet = Kx2/2
Où,
PEet: énergie potentielle élastique
K: constante élastique
X: mesure de la déformation élastique du corps
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Exercices d'examen d'entrée avec rétroaction
1. (CFU) Une particule, de masse m, se déplaçant dans un plan horizontal, sans frottement, est attachée à un système de ressort de quatre manières différentes, illustrées ci-dessous.
Concernant les fréquences d'oscillation des particules, cochez la bonne alternative.
a) Les fréquences dans les cas II et IV sont les mêmes.
b) Les fréquences dans les cas III et IV sont les mêmes.
c) La fréquence la plus élevée se produit dans le cas II.
d) La fréquence la plus élevée se produit dans le cas I.
e) La fréquence la plus basse se produit dans le cas IV.
Alternative b) Les fréquences dans les cas III et IV sont les mêmes.
2. (UFPE) Considérons le système masse-ressort sur la figure, où m = 0,2 kg et k = 8,0 N/m. Le bloc est lâché d'une distance égale à 0,3 m de sa position d'équilibre, en y retournant avec une vitesse exactement nulle, donc sans dépasser une seule fois la position d'équilibre. Dans ces conditions, le coefficient de frottement cinétique entre le bloc et la surface horizontale est :
a) 1,0
b) 0,6
c) 0,5
d) 0,707
e) 0,2
Variante b) 0,6
3. (UFPE) Un objet de masse M = 0,5 kg, appuyé sur une surface horizontale sans frottement, est attaché à un ressort dont la constante de force élastique est K = 50 N/m. L'objet est tiré sur 10 cm puis relâché, commençant à osciller par rapport à la position d'équilibre. Quelle est la vitesse maximale de l'objet, en m/s ?
a) 0,5
b) 1,0
c) 2.0
d) 5,0
e) 7,0
Variante b) 1,0
