TEN prawowhak stwierdza, że kiedy sprężyna jest odkształcona przez niektórych siła zewnętrzne, a siłaelastyczny odbudowujący zaczyna być wykonywany w podobniekierunek i w sensnaprzeciwko na siłę zewnętrzną. Z kolei ta siła sprężystości jest zmienna i zależy od wielkości odkształcenia sprężyny.
Popatrzrównież:Sztuczki z formułami fizyki
Prawo Hooke'a i siła sprężysta
Według Prawo Hooke'a, gdy siła jest przyłożona do sprężyny, jest ona w stanie odkształcić sprężynę, w konsekwencji sprężyna wytwarza siłę przeciwną do siły zewnętrznej, zwanej siłaelastyczny. Ta siła staje się większa zgodnie z odkształcenie wiosny. zobacz formuła używany do obliczania siłaelastyczny:
faon – wytrzymałość na rozciąganie (N)
k - stała sprężystości (N/m)
x - odkształcenie sprężyny (m)
W powyższym wzorze można zaobserwować obecność a sygnałnegatywny. Ten znak dotyczy sens siły sprężystości, która jest zawsze przeciwna do zmiany długości wywieranej przez sprężynę (x). Jeśli ta zmienność jest dodatnia, siła wynosi negatywny, to znaczy, ma sensnaprzeciwko.
Wykres prawa Hooke'a
Na podstawie powyższego wzoru możemy zbudować wykres zależności siły sprężystości od modułu odkształcenia sprężyny. Gdy to zrobisz, grafika będzie miała następujący profil:
Analizując powyższy wykres można zauważyć, że przy przyłożeniu do sprężyny siły 40 N jej odkształcenie wynosi 0,5 m. Ponadto siła sprężyny ma również moduł 40 N, zgodnie z Trzecie prawo Newtona, prawo akcja i reakcja. Obliczmy stałyelastyczny tej sprężyny, o której mowa w oparciu o moduł siłaelastyczny.
Obliczenie wskazuje, że stałyelastyczny ta sprężyna ma 80 N/m, ale co to znaczy? Następnie przedstawiamy krótki temat poświęcony stałej sprężystej i jej znaczeniu.
Stała sprężystości sprężyny
TEN stałyelastyczny mierzy sztywność sprężyny, to znaczy siłę potrzebną, aby sprężyna ucierpiała a odkształcenie. Sprężyny, które mają duże stałe sprężystości, są trudniejsze do odkształcenia, to znaczy, aby zmienić ich długość, konieczne jest przyłożenie większej siły. Stała sprężystości to a skalarna wielkość, i jego jednostkę miary, zgodnie z Międzynarodowy układ jednostek miar, to N/m (niuton na metr).
wyobraź sobie, że wiosna ma stałą sprężystości 800 N/m. Ta sprężyna będzie musiała zostać ściśnięta lub rozciągnięta siłą co najmniej 800 N, aby jej długość zmieniła się o 1 m. Tak więc, gdybyśmy chcieli, aby ta sprężyna miała długość zmienną o 0,5 m, minimalna siła wymagana do tego wynosiłaby 400 N.
Przeczytaj też: Pięć wskazówek dotyczących rozwiązywania ćwiczeń fizycznych
Odkształcenie lub wydłużenie sprężyny
TEN odkształcenie lub wydłużenie jest miarą zmienności długości sprężyny. W tym sensie można go obliczyć przez różnica pomiędzy długośćFinał to jest długośćInicjał wiosny. Gdy sprężyna jest w swoim pierwotnym rozmiarze, wolna od działania sił, które ją odkształcają, nie dochodzi do wydłużenia.
x - odkształcenie sprężyny (m)
Lfa – ostateczna długość sprężyny (m)
L0 – początkowa długość sprężyny (m)
Zauważ, że w powyższym wzorze, jeśli ostateczna długość sprężyny (Lfa) jest większa niż długość początkowa (L0), deformacja będzie pozytywny (x > 0); w przeciwnym razie, gdy ostateczna długość sprężyny jest mniejsza niż długość początkowa, odkształcenie będzie negatywny (x<0).
Zobacz też:Siedem najczęstszych błędów popełnianych w nauce fizyki
Rozwiązane ćwiczenia z prawa Hooke'a
Pytanie 1) Sprężyna o stałej sprężystości równej 200 N/m ma długość 20 cm. Pod wpływem siły zewnętrznej długość tej sprężyny wynosi 15 cm. Określ wielkość siły sprężystości wywieranej przez sprężynę po ściśnięciu o 15 cm.
a) 40 N/m
b) 10 N/m
c) 30 N/m
d) 15 N/m
e) 25 N/m
Szablon: literka B.
Odkształcenie sprężyny mierzy się różnicą między jej pierwotną długością a jej rozmiarem pod działaniem siły zewnętrznej. W tym przypadku wydłużenie sprężyny wynosi 5 cm lub 0,05 m. Na tej podstawie wykonajmy obliczenia:
Pytanie 2) Po ściśnięciu siłą 4 N sprężyna zmienia swoją długość o 1,6 cm (0,016 m). Stała sprężystości tej sprężyny w N/m wynosi około:
a) 6,4 N/m
b) 500 N/m
c) 250 N/m
d) 256 N/m
e) 12,8 N/m
Szablon: litera C.
Zróbmy obliczenia zgodnie z prawem Hooke'a:
Pytanie 3) Odnośnie siły sprężystej opisanej matematycznie przez prawo Hooke'a zaznacz alternatywę POPRAWNY:
a) Im większa stała sprężystości sprężyny, tym mniejsza siła wymaga jej odkształcenia.
b) Siła sprężystości jest odwrotnie proporcjonalna do wydłużenia sprężyny.
c) Siła wywierana na sprężynę, deformująca ją, jest równa sile sprężystej generowanej przez sprężynę.
d) Siła sprężystości ma swoją maksymalną wartość, gdy sprężyna ma swój pierwotny kształt.
e) Stała sprężystości jest wielkością skalarną mierzoną w niutonach na gram.
Szablon: literka B.
Spójrzmy na alternatywy:
) imitacja: Ile mniejszy jest stałą sprężystości sprężyny, tym mniejsza siła wymaga jej odkształcenia.
B) imitacja: Wytrzymałość elastyczna jest bezpośrednio proporcjonalna do wydłużenia sprężyny.
c) Prawda.
re) imitacja: Elastyczna wytrzymałość ma swoją wartość Minimum kiedy sprężyna ma swój pierwotny kształt.
i) imitacja: Stała sprężystości sprężyny jest wielkością skalarną mierzoną w niutonach na metro.
Rafael Hellerbrock
Nauczyciel fizyki