เธ แรงยืดหยุ่น และ บังคับ ปฏิกิริยาของวัสดุยืดหยุ่นซึ่งขัดกับแรงภายนอกที่บีบอัดหรือยืดออก สูตรของแรงยืดหยุ่นนั้นระบุโดย กฎของฮุกซึ่งเกี่ยวข้องกับแรงกับการเสียรูปสปริง ดังนั้นเราจึงสามารถหาค่าของมันได้จากผลคูณของการเสียรูปที่เกิดจากค่าคงตัวยืดหยุ่นของวัสดุ
เรียนรู้เพิ่มเติม: แรงน้ำหนัก — แรงโน้มถ่วงที่เกิดจากวัตถุมวลสูงก้อนที่สอง
สรุปความต้านแรงดึง
แรงยืดหยุ่นเป็นตัวกำหนดการเสียรูปที่เกิดจากสปริง
การคำนวณทำได้โดยใช้กฎของฮุก
กฎของฮุกระบุว่าแรงเป็นสัดส่วนกับการเสียรูปของสปริง
กฎของฮุคปรากฏตัวครั้งแรกในรูปของ แอนนาแกรม “ceiiinosssttuv” ซึ่งย่อมาจาก “ut tensio, sic vis” และหมายความว่า: “เป็นการเสียรูป ดังนั้นบังคับ”
ค่าคงที่แบบยืดหยุ่นเกี่ยวข้องกับความง่ายหรือความยากลำบากในการทำให้สปริงเสียรูป และกำหนดโดยขนาดและลักษณะของวัสดุยืดหยุ่น
การทำงานของแรงสปริงถูกกำหนดโดยผลคูณของค่าคงที่สปริงและกำลังสองของแรงสปริง ทั้งหมดหารด้วยสอง
ทั้งสูตรแรงยืดหยุ่นและของมัน งาน มีเครื่องหมายลบซึ่งแสดงถึงแนวโน้มของแรงที่จะอยู่ตรงข้ามกับการเคลื่อนที่ของสปริง
แรงยืดหยุ่นคืออะไร?
แรงยืดหยุ่นคือ แรงที่เกี่ยวข้องกับการเสียรูปของสปริงหรือวัสดุอื่นๆ
เช่นยางและหนังยาง มันทำหน้าที่ในทิศทางตรงกันข้ามกับแรงที่ร่างกายได้รับ นั่นคือ หากเราผลักสปริงโดยเล็งไปที่แรงกด สปริงก็จะใช้แรงแบบเดียวกัน แต่ในทิศทางตรงกันข้าม โดยเล็งไปที่การบีบอัดการคำนวณทำโดยใช้กฎของฮุก ซึ่งประกาศในปี 1678 โดยโรเบิร์ต ฮุก (1635–1703) ในรูปแบบของแอนนาแกรม “ceiiinosssttuv” เพื่อสงวนข้อมูลไว้สำหรับตัวมันเอง หลังจากสองปีที่เขาถอดรหัสมันว่า "ut tensio, sic vis" ซึ่งแปลว่า "เป็นการเสียรูป ดังนั้นกำลัง" ซึ่งเป็นตัวแทนของ ความสัมพันธ์ของสัดส่วนที่มีอยู่ระหว่างแรงและการเสียรูป.
→ วิดีโอกฎของฮุค
สูตรของแรงยืดหยุ่นคืออะไร?
สูตรแรงยืดหยุ่น กล่าวคือ กฎของฮุก แสดงโดย:
\(F_{el}=-\ k\bullet∆x\)
เกี่ยวกับอะไร:
\(∆x=xf-xi\)
\(กัล}\): แรงยืดหยุ่น กล่าวคือ แรงที่กระทำโดยสปริง วัดเป็นนิวตัน \([N]\).
k: ค่าคงที่สปริง วัดเป็น [\(N/m\)].
\(∆x\): การเปลี่ยนแปลงรูปร่างสปริง (เรียกอีกอย่างว่าการยืดตัว) วัดเป็นเมตร [\(m\)].
\(x_i\): ความยาวสปริงเริ่มต้น วัดเป็นเมตร [\(m\)].
\(x_f\): ความยาวสุดท้ายของสปริง วัดเป็นเมตร [\(m\)].
สิ่งสำคัญ: เครื่องหมายลบในสูตรมีอยู่เพราะแรงมีแนวโน้มที่จะต่อต้านการกระจัดของร่างกายโดยมุ่งไปที่สมดุลของระบบดังในรูปที่ 2 ด้านล่าง
อย่างไรก็ตาม ถ้า \(F_{el}>0\) สำหรับ \(x<0\)ดังในรูปที่ 1 มีแรงกดของสปริง อยู่แล้ว \(F_{el}<0\) สำหรับ \(x>0\)ดังในรูปที่ 3 สปริงยืดออก
→ ค่าคงที่ยืดหยุ่น
ค่าคงที่ของสปริงเป็นตัวกำหนดความแข็งของสปริง นั่นคือ ต้องใช้แรงมากแค่ไหนในการทำให้สปริงเสียรูป ค่าของมันขึ้นอยู่กับลักษณะของวัสดุที่ทำขึ้นและขนาดของมันเท่านั้น ดังนั้น, ยิ่งค่าคงที่สปริงมากเท่าไรก็ยิ่งเปลี่ยนรูปได้ยากขึ้นเท่านั้น.
งานแรงยืดหยุ่น
ทุกแรงทำงาน ดังนั้น งานเสริมความแข็งแรง พบความยืดหยุ่นโดยใช้สูตร:
\(W_{el}=-\left(\frac{{k\bullet x_f}^2}{2}-\frac{{k\bullet x_i}^2}{2}\right)\)
สมมุติว่า xฉัน=0 และโทร xฉ ใน x, เรามีรูปแบบที่รู้จักกันดีที่สุด:
\(W_{el}=-\frac{{k\bullet x}^2}{2}\)
\(W_{เอล}\): งานของแรงยืดหยุ่น วัดเป็นจูล [เจ].
k: ค่าคงที่สปริง วัดเป็น [ไม่/ม].
\(x_i\): ความยาวสปริงเริ่มต้น วัดเป็นเมตร [ม].
\(x_f\) หรือ x: ความยาวสุดท้ายของสปริง วัดเป็นเมตร [ม].
อ่านด้วย: แรงดึง — แรงที่ใช้กับเชือกหรือสายไฟ
วิธีการคำนวณแรงยืดหยุ่น?
จากมุมมองทางคณิตศาสตร์ แรงยืดหยุ่นจะถูกคำนวณ ผ่านสูตรและทุกครั้งที่เราทำงานกับสปริง. ด้านล่างเราจะดูตัวอย่างวิธีการคำนวณแรงสปริง
ตัวอย่าง:
เมื่อรู้ว่าค่าคงที่สปริงของสปริงเท่ากับ 350 N/m ให้กำหนดแรงที่ต้องใช้เพื่อทำให้สปริงเสียรูป 2.0 ซม.
ปณิธาน:
เราจะคำนวณแรงที่จำเป็นในการเปลี่ยนรูปสปริงโดยใช้กฎของฮุค:
\(F_{el}=k\bullet x\)
แปลงค่าความเครียด 2 ซม. เป็นเมตรและแทนค่าของค่าคงที่สปริง:
\(F_{el}=350\bullet0.02\)
\(F_{el}=7\ N\)
แบบฝึกหัดแก้ไขด้วยแรงยืดหยุ่น
คำถามที่ 1
เมื่อบีบอัดด้วยแรง 10 นิวตัน สปริงจะเปลี่ยนความยาว 5 ซม. (0.05 ม.) ค่าคงที่สปริงของสปริงนี้มีหน่วยเป็น N/m คือประมาณ:
A) 6.4 N/m
ข) 500 N/m
ค) 250 N/m
ง) 200 N/m
E) 12.8 N/m
ปณิธาน:
ทางเลือก D
เราจะทำการคำนวณโดยใช้กฎของฮุก:
\(F_{el}=k\bullet x\)
\(10=k\bullet0.05\)
\(k=\frac{10}{0.05}\)
\(k=200\ N/m\)
คำถาม2
สปริงของค่าคงที่สปริง 500 N/m ถูกกดด้วยแรง 50 N จากข้อมูลนี้ คำนวณสิ่งที่เป็นเซนติเมตร การเสียรูปที่ได้รับจากสปริงอันเนื่องมาจากการใช้แรงนี้
ก) 100
ข) 15
ค)0.1
ง) 1,000
จ) 10
ปณิธาน:
ทางเลือก E
เราจะคำนวณการเสียรูปของสปริงโดยใช้กฎของฮุค:
\(F_{el}=k\bullet x\)
\(50=500\กระสุน x\)
\(x=\frac{50}{500}\)
\(x=0.1\ ม.\)
\(x=10\ ซม.\)
โดย Pâmella Raphaella Melo
ครูฟิสิกส์
