FORȚA ELASTICĂ: DIN CE CONSTĂ, FORMULE ȘI EXERCIȚII - FIZIC - 2025

Forța elastică este forța pe care un obiect o exercită pentru a rezista unei schimbări a formei sale. Se manifestă într-un obiect care tinde să-și recapete forma atunci când se află sub acțiunea unei forțe de deformare.

Forța elastică se mai numește forță de restaurare, deoarece se opune deformării pentru a readuce obiectele în poziția lor de echilibru. Transferul forței elastice se face prin particulele care alcătuiesc obiectele.

Forța elastică a unui izvor

De exemplu, atunci când un arc metalic este comprimat, se exercită o forță care împinge particulele de arc, scăzând separarea între ele, în același timp, particulele rezistă să fie împinse exercitând o forță contrară compresiei.

Dacă în loc să comprimați resortul este tras, întinzându-se, particulele care îl compun sunt separate mai mult. De asemenea, particulele rezistă să fie separate prin exercitarea unei forțe contrare întinderii.

Obiectele care au proprietatea de a-și recupera forma inițială prin opunerea forței de deformare se numesc obiecte elastice. Arcurile, benzile de cauciuc și cablurile de tip bungee sunt exemple de obiecte elastice.

Care este forța elastică?

Forța elastică ( F _k ) este forța pe care un obiect o exercită pentru a-și recăpăta starea de echilibru natural după ce a fost afectată de o forță externă.

Pentru a analiza forța elastică, se va ține cont de sistemul ideal de masă cu arc, care constă dintr-un arc plasat orizontal, atașat la un capăt de perete și la celălalt capăt, la un bloc de masă neglijabilă. Celelalte forțe care acționează asupra sistemului, cum ar fi forța de frecare sau forța de gravitație, nu vor fi luate în considerare.

Dacă o forță orizontală este exercitată pe masă, îndreptată spre perete, aceasta este transferată către arc, comprimându-l. Izvorul trece din poziția sa de echilibru într-o poziție nouă. Deoarece obiectul tinde să rămână în echilibru, se manifestă forța elastică în arc care se opune forței aplicate.

Deplasarea indică cât de mult a deformat arcul și forța elastică este proporțională cu deplasarea respectivă. Pe măsură ce arcul este comprimat, variația poziției crește și, în consecință, forța elastică crește.

Cu cât arcul este mai comprimat, cu atât forța opusă este mai mare până când ajunge la un punct în care forța aplicată și echilibrul forței elastice, în consecință, sistemul de masă cu arcuri încetează să se miște. Când încetați aplicarea forței, singura forță care acționează este forța elastică. Această forță accelerează arcul în direcția opusă deformării până la recâștigarea echilibrului.

La fel se întâmplă și la întinderea arcului, la tragerea masei pe orizontală. Arcul este întins și exercită imediat o forță proporțională cu deplasarea opusă întinderii.

Formulele

Formula forței elastice este exprimată prin Legea lui Hooke. Această lege prevede că forța elastică liniară exercitată de un obiect este proporțională cu deplasarea.

F _k = -k.Δ s

F _k = forța elastică

Legea lui Hooke. Forța elastică proporțională cu întinderea.

Semnul negativ din ecuație indică faptul că forța elastică a arcului este în direcția opusă forței care a provocat deplasarea. Constanta de proporționalitate k este o constantă care depinde de tipul de material din care este fabricat arcul. Unitatea constantei k este N / m.

Obiectele elastice au o limită de elasticitate care va depinde de constanta de deformare. Dacă este întinsă dincolo de limita elastică, se va deforma permanent.

Ecuația y se aplică deplasărilor mici ale arcului. Când deplasările sunt mai mari, se adaugă termeni cu o putere mai mare de Δ x .

Energia cinetică și energia potențială se referă la o forță elastică

Forța elastică funcționează pe arc mișcându-l spre poziția sa de echilibru. În timpul acestui proces, energia potențială a sistemului de masă cu arcuri crește. Energia potențială datorată muncii efectuate de forța elastică este exprimată în ecuație.

Energia potențială este exprimată în Joules (J).

Atunci când forța de deformare nu este aplicată, arcul accelerează spre poziția de echilibru, scăzând energia potențială și crescând energia cinetică.

Energia cinetică a sistemului cu arc de masă, atunci când atinge poziția de echilibru, este determinată de ecuație.

Constanta arcului k este 35N / m.

Este nevoie de 1,75 N de forță pentru a deforma arcul cu 5 cm.

Care este constanta de deviere a unui arc care este întins 20 cm prin acțiunea unei forțe 60N?

Constanta arcului este de 300N / m

Obținerea energiei potențiale

Care este energia potențială la care se face munca depusă de forța elastică a unui arc care este comprimat 10cm și constanta de deformare a acestuia este de 20N / m?

Forța elastică a arcului este de -200N.

Această forță funcționează pe arc pentru a-l deplasa spre poziția sa de echilibru. Efectuarea acestei lucrări crește energia potențială a sistemului.

Energia potențială este calculată cu ecuația

Referințe

1. Kittel, C, Knight, WD și Ruderman, M A. Mecanică. SUA: Mc Graw Hill, 1973, vol. I.
2. Rama Reddy, K, Badami, SB și Balasubramanian, V. Oscilații și valuri. India: Universities Press, 1994.
3. Murphy, J. Fizică: scăzând proprietățile materiei și energiei. New York: Britannica Educational Publishing, 2015.
4. Giordano, N J. Colegiul de fizică: raționament și relații. Canada: Brooks / Cole, 2009.
5. Walker, J, Halliday, D și Resnick, R. Fundamente ale fizicii. SUA: Wiley, 2014.