PRUŽNÁ SÍLA: Z ČEHO SE SKLÁDÁ, VZORCE A CVIČENÍ - FYZICKÝ - 2025

Pružná síla je síla, která objekt působí odolat změnu jeho tvaru. Projevuje se v předmětu, který má tendenci znovu získat svůj tvar, když je pod vlivem deformační síly.

Elastická síla se také nazývá obnovovací síla, protože je proti deformaci a vrací objekty do jejich rovnovážné polohy. Přenos elastické síly probíhá skrze částice, které tvoří předměty.

Pružná síla pružiny

Například, když je kovová pružina stlačena, je vyvíjena síla, která tlačí pružinové částice, čímž se snižuje oddělení mezi nimi současně, přičemž částice odolávají tlačení působením síly, která je v rozporu se stlačováním.

Pokud je místo stlačení pružiny tažena, protahuje se částice, které ji tvoří, více odděleny. Podobně částice odolávají separaci působením síly, která je v rozporu s protahováním.

Předměty, které mají vlastnost získat zpět svůj původní tvar proti deformační síle, se nazývají elastické předměty. Pružiny, gumičky a bungee šňůry jsou příklady elastických předmětů.

Co je elastická síla?

Elastická síla (F _k) je síla, kterou objekt vyvíjí, aby znovu získal svůj stav přirozené rovnováhy poté, co byl ovlivněn vnější silou.

Pro analýzu elastické síly se vezme v úvahu ideální systém pružinové hmoty, který se skládá z vodorovně umístěné pružiny připojené na jednom konci ke zdi a na druhém konci k bloku zanedbatelné hmoty. Ostatní síly působící na systém, jako je třecí síla nebo gravitační síla, nebudou brány v úvahu.

Pokud na hmotu působí vodorovná síla, směřující ke zdi, je přenášena směrem k pružině a stlačuje ji. Pružina se pohybuje ze své rovnovážné polohy do nové polohy. Protože předmět má sklon zůstat v rovnováze, projevuje se pružná síla v pružině, která je proti použité síle.

Posun udává, jak se pružina deformovala a elastická síla je úměrná tomuto posunutí. Jak je pružina stlačena, mění se její poloha a v důsledku toho se zvyšuje elastická síla.

Čím více je pružina stlačena, tím více protilehlá síla působí, dokud nedosáhne bodu, ve kterém aplikovaná síla a rovnováha elastické síly, v důsledku toho se systém pružinové hmoty přestane pohybovat. Když přestanete působit silou, jedinou silou, která působí, je elastická síla. Tato síla zrychluje pružinu v opačném směru k deformaci, dokud znovu nedosáhne rovnováhy.

Totéž se stane, když napínáte pružinu a horizontálně táhne hmotu. Pružina je natažena a okamžitě působí silou úměrnou posunu proti protažení.

Vzorce

Vzorec pružné síly je vyjádřen Hookeovým zákonem. Tento zákon uvádí, že lineární elastická síla vyvíjená objektem je úměrná posunutí.

F _K = -k.Δ s

F _k = pružná síla

Hookeův zákon. Elastická síla úměrná roztažení.

Záporné znaménko v rovnici ukazuje, že pružná síla pružiny je v opačném směru než síla, která způsobila posunutí. Konstanta proporcionality k je konstanta, která závisí na druhu materiálu, ze kterého je pružina vyrobena. Jednotka konstanty k je N / m.

Elastické předměty mají mez pružnosti, která bude záviset na deformační konstantě. Pokud je natažen za elastický limit, bude se trvale deformovat.

Rovnice y platí pro malé posunutí pružiny. Když jsou posuny větší, přidají se termíny s větším výkonem A x.

Kinetická energie a potenciální energie označovaná jako elastická síla

Elastická síla působí na pružinu tím, že ji posouvá do rovnovážné polohy. Během tohoto procesu se zvyšuje potenciální energie systému pružinové hmoty. Potenciální energie v důsledku práce prováděné elastickou silou je vyjádřena v rovnici.

Potenciální energie je vyjádřena v Joulech (J).

Když deformační síla není aplikována, pružina zrychluje směrem k rovnovážné poloze, snižuje potenciální energii a zvyšuje kinetickou energii.

Kinetická energie systému masové pružiny, když dosáhne rovnovážné polohy, je určena rovnicí.

Pružinová konstanta k je 35 N / m.

Deformování pružiny o 5 cm vyžaduje sílu 1,75 N.

Jaká je deformační konstanta pružiny, která je natažena 20 cm působením síly 60 N?

Pružinová konstanta je 300 N / m

Získání potenciální energie

Jaká je potenciální energie vztahující se k práci prováděné pružnou silou pružiny stlačené 10 cm a její deformační konstanta je 20 N / m?

Elastická síla pružiny je -200 N.

Tato síla pracuje na pružině, aby ji posunula směrem k rovnovážné poloze. Tato práce zvyšuje potenciální energii systému.

Potenciální energie se vypočítá pomocí rovnice

Reference

1. Kittel, C, Knight, WD a Ruderman, M. A. Mechanics. USA: Mc Graw Hill, 1973, svazek I.
2. Ráma Reddy, K, Badami, SB a Balasubramanian, V. Oscilace a vlny. India: Universities Press, 1994.
3. Murphy, J. Physics: chápat vlastnosti hmoty a energie. New York: Britannica Educational Publishing, 2015.
4. Giordano, N. J. College Physics: Zdůvodnění a vztahy. Kanada: Brooks / Cole, 2009.
5. Walker, J, Halliday, D a Resnick, R. Základy fyziky. USA: Wiley, 2014.