- Qual è la forza elastica?
- formule
- Energia cinetica ed energia potenziale riferite a una forza elastica
- Ottenere energia potenziale
- Riferimenti
La forza elastica è la forza che un oggetto esercita per resistere a un cambiamento nella sua forma. Si manifesta in un oggetto che tende a riacquistare la sua forma quando è sotto l'azione di una forza di deformazione.
La forza elastica è anche chiamata forza di ripristino perché si oppone alla deformazione per riportare gli oggetti nella loro posizione di equilibrio. Il trasferimento della forza elastica avviene attraverso le particelle che compongono gli oggetti.
Forza elastica di una molla
Ad esempio, quando una molla metallica viene compressa, viene esercitata una forza che spinge le particelle della molla, diminuendo la separazione tra loro, allo stesso tempo le particelle resistono all'essere spinte esercitando una forza contraria alla compressione.
Se invece di comprimere la molla viene tirata, stirandosi, le particelle che la compongono si separano maggiormente. Allo stesso modo, le particelle resistono alla separazione esercitando una forza contraria allo stiramento.
Gli oggetti che hanno la proprietà di recuperare la loro forma originale opponendosi alla forza di deformazione sono chiamati oggetti elastici. Molle, elastici e corde elastiche sono esempi di oggetti elastici.
Qual è la forza elastica?
La forza elastica ( F k ) è la forza che un oggetto esercita per ritrovare il suo stato di equilibrio naturale dopo essere stato influenzato da una forza esterna.
Per analizzare la forza elastica, verrà preso in considerazione il sistema di massa della molla ideale, che consiste in una molla posizionata orizzontalmente attaccata ad un'estremità alla parete e all'altra estremità a un blocco di massa trascurabile. Le altre forze che agiscono sul sistema, come la forza di attrito o la forza di gravità, non verranno prese in considerazione.
Se sulla massa viene esercitata una forza orizzontale, diretta verso il muro, questa viene trasferita verso la molla, comprimendola. La molla si sposta dalla sua posizione di equilibrio a una nuova posizione. Poiché l'oggetto tende a rimanere in equilibrio, si manifesta la forza elastica nella molla che si oppone alla forza applicata.
Lo spostamento indica di quanto si è deformata la molla e la forza elastica è proporzionale a quello spostamento. Man mano che la molla viene compressa, la variazione di posizione aumenta e di conseguenza la forza elastica aumenta.
Più la molla è compressa, più forza opposta esercita fino a raggiungere un punto in cui la forza applicata e la forza elastica si equilibrano, di conseguenza il sistema molla-massa smette di muoversi. Quando smetti di applicare la forza, l'unica forza che agisce è la forza elastica. Questa forza accelera la molla nella direzione opposta alla deformazione fino a quando non riacquista l'equilibrio.
Lo stesso accade quando si allunga la molla, tirando la massa orizzontalmente. La molla è tesa ed esercita immediatamente una forza proporzionale allo spostamento che si oppone allo stiramento.
formule
La formula della forza elastica è espressa dalla legge di Hooke. Questa legge afferma che la forza elastica lineare esercitata da un oggetto è proporzionale allo spostamento.
F k = -k.Δ s
F k = forza elastica
Legge di Hooke. Forza elastica proporzionale allo stiramento.
Il segno negativo nell'equazione indica che la forza elastica della molla è nella direzione opposta alla forza che ha causato lo spostamento. La costante di proporzionalità k è una costante che dipende dal tipo di materiale di cui è composta la molla. L'unità della costante k è N / m.
Gli oggetti elastici hanno un limite di elasticità che dipenderà dalla costante di deformazione. Se viene allungato oltre il limite elastico, si deformerà in modo permanente.
L'equazione y si applica a piccoli spostamenti della molla. Quando gli spostamenti sono maggiori, vengono aggiunti termini con maggiore potenza di Δ x .
Energia cinetica ed energia potenziale riferite a una forza elastica
La forza elastica agisce sulla molla spostandola verso la sua posizione di equilibrio. Durante questo processo l'energia potenziale del sistema di massa della molla aumenta. L'energia potenziale dovuta al lavoro svolto dalla forza elastica è espressa nell'equazione.
L'energia potenziale è espressa in Joule (J).
Quando la forza di deformazione non viene applicata, la molla accelera verso la posizione di equilibrio, diminuendo l'energia potenziale e aumentando l'energia cinetica.
L'energia cinetica del sistema di molle di massa, quando raggiunge la posizione di equilibrio, è determinata dall'equazione.
La costante della molla k è 35N / m.
Occorrono 1,75 N di forza per deformare la molla di 5 cm.
Qual è la costante di deflessione di una molla allungata di 20 cm dall'azione di una forza di 60N?
La costante della molla è 300 N / m
Ottenere energia potenziale
Qual è l'energia potenziale riferita al lavoro svolto dalla forza elastica di una molla che viene compressa di 10cm e la sua costante di deformazione è di 20N / m?
La forza elastica della molla è -200N.
Questa forza agisce sulla molla per spostarla verso la sua posizione di equilibrio. Fare questo lavoro aumenta l'energia potenziale del sistema.
L'energia potenziale viene calcolata con l'equazione
Riferimenti
- Kittel, C, Knight, WD e Ruderman, M A. Mechanics. Stati Uniti: Mc Graw Hill, 1973, vol. I.
- Rama Reddy, K, Badami, SB e Balasubramanian, V. Oscillations and Waves. India: Universities Press, 1994.
- Murphy, J. Physics: sottovalutare le proprietà della materia e dell'energia. New York: Britannica Educational Publishing, 2015.
- Giordano, N J. College Physics: Reasoning and Relationships. Canada: Brooks / Cole, 2009.
- Walker, J, Halliday, D e Resnick, R. Fundamentals of Physics. Stati Uniti: Wiley, 2014.