ה חוֹקבוו קובע שכאשר מעיין מעוות על ידי חלקם כוח חיצוני, א כוחאֵלַסטִי משקם מתחיל להתאמן ב אותוכיוון וב לָחוּשׁמול לכוח חיצוני. כוח אלסטי זה, בתורו, משתנה ותלוי בגודל העיוות שסובל מהקפיץ.
תראהגַם:טריקים בנוסחת פיסיקה
חוק הוק וכוח אלסטי
על פי חוק הוק, כאשר מופעל כוח על קפיץ, הוא מסוגל לעוות את הקפיץ, וכתוצאה מכך הקפיץ מייצר כוח מנוגד לכוח החיצוני, הנקרא כוחאֵלַסטִי. כוח זה נהיה גדול יותר על פי ה- דֵפוֹרמַצִיָה של האביב. ראה את נוּסחָה משמש לחישוב ה- כוחאֵלַסטִי:
Fהוא - חוזק מתיחה (N)
k - קבוע אלסטי (N / m)
x - עיוות קפיץ (מ ')
בנוסחה שלעיל, ניתן לצפות בנוכחותו של a אוֹתשלילי. שלט זה נוגע ל לָחוּשׁ של הכוח האלסטי, שתמיד מנוגד לשינוי האורך שסבל הקפיץ (x). אם וריאציה זו חיובית, הכוח הוא שלילי, כלומר, יש לָחוּשׁמול.
גרף החוק של הוק
בהתבסס על הנוסחה שלעיל, אנו יכולים לבנות גרף המתייחס לכוח האלסטי למודולוס של עיוות הקפיץ. כשעושים זאת, הגרפיקה תהיה בעלת הפרופיל הבא:
בניתוח הגרף שלמעלה, ניתן להבחין כי כאשר מוחל על הקפיץ כוח של 40 N, העיוות שלו הוא 0.5 מ '. בנוסף, לכוח הקפיץ יש גם מודולוס של 40 N, על פי
החוק השלישי של ניוטון, החוק של פעולה ו תְגוּבָה. בואו נחשב את קָבוּעַאֵלַסטִי של האביב המדובר בהתבסס על המודול של כוחאֵלַסטִי.
החישוב מציין כי ה- קָבוּעַאֵלַסטִי האביב הזה הוא 80 ננומטר, אבל מה זה אומר? לאחר מכן, אנו מביאים נושא קצר המוקדש לקבוע האלסטי ומשמעותו.
קבוע אלסטי באביב
ה קָבוּעַאֵלַסטִי מודד את קשיחות הקפיץ, כלומר את הכוח הדרוש בכדי לגרום לקפיץ לסבול א דֵפוֹרמַצִיָה. קשים יותר לעיוות קפיצים בעלי קבועים אלסטיים גדולים, כלומר בכדי לשנות את אורכם, יש צורך להפעיל כוח גדול יותר. הקבוע האלסטי הוא a גדלות סקלרית, ויחידת המידה שלה, על פי מערכת היחידות הבינלאומית, הוא ה- N / m (ניוטון למטר).
תאר לעצמך ש- אביב יש לו קבוע אלסטי של 800 ננומטר. הקפיץ הזה יהיה צורך לדחוס או למתוח אותו בכוח של לפחות 800 N כדי שאורכו ישתנה ב -1 מ '. לפיכך, אם היינו רוצים שאביב זה יהיה באורך של 0.5 מ ', הכוח המינימלי הנדרש לכך יהיה 400 נ'.
קרא גם: חמישה טיפים לפתרון תרגילי פיזיקה
עיוות או התארכות באביב
ה דפורמציה או התארכות הוא המדד של וריאציה באורך הקפיץ. במובן זה, ניתן לחשב אותו על ידי הֶבדֵל בין ה אורךסופי זה ה אורךהתחלתי של האביב. כאשר הקפיץ בגודלו המקורי, נקי מפעולת כוחות שמעוותים אותו, אין התארכות.
x - עיוות קפיץ (מ ')
לF - אורך קפיץ סופי (מ ')
ל0 - אורך קפיץ ראשוני (מ ')
שים לב, בנוסחה שלעיל, אם האורך הסופי של הקפיץ (לF) גדול מהאורך הראשוני (ל0), העיוות יהיה חִיוּבִי (x> 0); אחרת, כאשר האורך הסופי של הקפיץ קטן מהאורך הראשוני, העיוות יהיה שלילי (x <0).
ראה גם:שבע הטעויות הנפוצות ביותר שנעשו בחקר הפיזיקה
תרגילים נפתרו על חוק הוק
שאלה 1) קפיץ בעל קבוע אלסטי השווה ל 200 נ / מ 'אורכו 20 ס"מ. כאשר הוא נתון לכוח חיצוני, אורך הקפיץ הזה הופך ל 15 ס"מ. קבע את גודל הכוח האלסטי שמפעיל הקפיץ בעת דחיסתו 15 ס"מ.
א) 40 ננומטר
ב) 10 ננומטר
ג) 30 ננומטר
ד) 15 ננומטר
ה) 25 ננומטר
תבנית: אות ב '.
עיוות קפיץ נמדד על ידי ההבדל בין אורכו המקורי לגודלו כאשר הוא נתון לכוח חיצוני. במקרה זה, התארכות האביב היא 5 ס"מ או 0.05 מ '. על סמך זה, בואו נעשה את החישובים:
שאלה 2) כאשר הוא דחוס בכוח של 4 N, קפיץ משנה את אורכו ב 1.6 ס"מ (0.016 מ '). הקבוע האלסטי של קפיץ זה, ב- N / m, הוא בערך:
א) 6.4 נ / מ '
ב) 500 ננומטר
ג) 250 ננומטר
ד) 256 נ / מ '
ה) 12.8 ננומטר
תבנית: אות ג '.
בואו נעשה את החישוב על פי חוק הוק:
שאלה 3) ביחס לכוח האלסטי, המתואר באופן מתמטי על ידי חוק הוק, סמן את החלופה נכון:
א) ככל שהקבוע האלסטי של קפיץ גדול יותר, כך לוקח פחות כוח לעיוותו.
ב) כוח אלסטי הוא ביחס הפוך להתארכות האביב.
ג) הכוח המופעל על הקפיץ, המעוות אותו, שווה לכוח האלסטי שנוצר על ידי הקפיץ.
ד) לכוח האלסטי ערך מקסימלי כאשר הקפיץ בצורתו המקורית.
ה) קבוע הקפיץ הוא כמות סקלרית, הנמדדת בניוטון לגרם.
תבנית: אות ב '.
בואו נבחן את החלופות:
ה) מְזוּיָף: כמה קטן יותר הוא הקבוע האלסטי של קפיץ, פחות כוח לעיוות.
ב) מְזוּיָף: כוח אלסטי הוא באופן ישיר פרופורציונאלית להתארכות המעיין.
ג) נכון.
ד) מְזוּיָף: לחוזק האלסטי יש ערך מִינִימוּם כאשר הקפיץ בצורתו המקורית.
ו) מְזוּיָף: הקבוע האלסטי של הקפיץ הוא כמות סקלרית, הנמדדת בניוטון לכל רכבת תחתית.
מאת רפאל הלרברוק
מורה לפיזיקה