Elastisk styrke: konsept, formel og øvelser

Elastisk styrke (F_han) er kraften som utøves på en kropp som har elastisitet, for eksempel en fjær, gummi eller elastikk.

Denne kraften bestemmer derfor deformasjonen av denne kroppen når den strekker seg eller komprimerer. Dette vil avhenge av retningen til den påførte kraften.

La oss som et eksempel tenke på en fjær festet til en støtte. Hvis det ikke er noen kraft som virker på den, sier vi at den er i ro. Når vi igjen strekker oss i vår, vil det skape en kraft i motsatt retning.

Merk at deformasjonen våren har direkte proporsjonalitet med intensiteten til den påførte kraften. Jo større den påførte kraften (P) er, jo større blir deformasjonen av fjæren (x), som vist på bildet nedenfor:

Strekkfasthetsformel

For å beregne den elastiske kraften bruker vi en formel utviklet av den engelske forskeren Robert Hooke (1635-1703), kalt Hookes lov:

F = K. x

Hvor,

F: kraft påført den elastiske kroppen (N)
K: elastisk konstant (N / m)
x: variasjon påført av den elastiske kroppen (m)

Elastisk konstant

Det er verdt å huske at den såkalte "elastiske konstanten" bestemmes av naturen til materialet som brukes, og også av dimensjonene.

Eksempler

1. En fjær har den ene enden festet til en støtte. Når du påfører en kraft i den andre enden, gjennomgår denne våren en deformasjon på 5 m. Bestem intensiteten til den påførte kraften, vel vitende om at fjærkonstanten er 110 N / m.

For å kjenne styrken til kraften som utøves på våren, må vi bruke formelen i Hookes lov:

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

2. Bestem variasjonen til en fjær som har en virkende kraft på 30N og dens elastiske konstant er 300N / m.

For å finne variasjonen våren har hatt, bruker vi formelen til Hookes lov:

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

Elastisk potensiell energi

Energien assosiert med elastisk kraft kalles elastisk potensiell energi. Det er relatert til arbeid utført av kroppens elastiske kraft som går fra utgangsposisjonen til den deformerte posisjonen.

Formelen for beregning av elastisk potensiell energi uttrykkes som følger:

EP_og = Kx²/2

Hvor,

EP_og: elastisk potensiell energi
K: elastisk konstant
x: mål på elastisk kroppsdeformasjon

Vil du vite mer? Les også:

• Styrke
• Potensiell energi
• Elastisk potensiell energi
• Fysikkformler

Inngangseksamen Øvelser med tilbakemelding

1. (CFU) En partikkel, med masse m, som beveger seg i et horisontalt plan, uten friksjon, er festet til et fjærsystem på fire forskjellige måter, vist nedenfor.

Når det gjelder partikkeloscillasjonsfrekvenser, kryss av for riktig alternativ.

a) Frekvensene i tilfeller II og IV er de samme.
b) Frekvensene i tilfeller III og IV er de samme.
c) Den høyeste frekvensen forekommer i tilfelle II.
d) Den høyeste frekvensen forekommer i tilfelle I.
e) Den laveste frekvensen forekommer i tilfelle IV.

Se Svar

Alternativ b) Frekvensene i tilfeller III og IV er de samme.

2. (UFPE) Tenk på fjærmassesystemet i figuren, der m = 0,2 kg og k = 8,0 N / m. Blokken slippes fra en avstand lik 0,3 m fra dens likevektsposisjon, og returnerer til den med nøyaktig nullhastighet, derfor uten å gå utover likevektsposisjonen en gang. Under disse forholdene er koeffisienten for kinetisk friksjon mellom blokken og den horisontale overflaten:

a) 1.0
b) 0,6
c) 0,5
d) 0,707
e) 0,2

Se Svar

Alternativ b) 0,6

3. (UFPE) Et objekt med masse M = 0,5 kg, støttet på en horisontal overflate uten friksjon, er festet til en fjær hvis elastiske kraftkonstant er K = 50 N / m. Objektet trekkes i 10 cm og slippes deretter, og begynner å svinge i forhold til den balanserte stillingen. Hva er objektets maksimale hastighet, i m / s?

a) 0,5
b) 1.0
c) 2.0
d) 5.0
e) 7,0

Se Svar

Alternativ b) 1.0