- Wat is de elastische kracht?
- Formules
- Kinetische energie en potentiële energie verwijzen naar een elastische kracht
- Potentiële energie verkrijgen
- Referenties
De elastische kracht is de kracht die een object uitoefent om een verandering in zijn vorm te weerstaan. Het manifesteert zich in een object dat de neiging heeft om zijn vorm terug te krijgen wanneer het onder invloed is van een vervormingskracht.
De elastische kracht wordt ook wel de herstellende kracht genoemd, omdat het vervorming tegengaat om objecten terug te brengen naar hun evenwichtspositie. De overdracht van de elastische kracht vindt plaats via de deeltjes waaruit de objecten bestaan.
Elastische kracht van een veer
Wanneer een metalen veer bijvoorbeeld wordt samengedrukt, wordt een kracht uitgeoefend die de veerdeeltjes duwt, waardoor de scheiding tussen hen wordt verkleind, terwijl de deeltjes tegelijkertijd weerstand bieden tegen het duwen door een kracht uit te oefenen die in strijd is met de compressie.
Als in plaats van de veer samen te drukken, eraan wordt getrokken, worden de deeltjes waaruit het bestaat meer gescheiden. Evenzo bieden de deeltjes weerstand tegen het scheiden door een kracht uit te oefenen die in strijd is met strekken.
Objecten die de eigenschap hebben hun oorspronkelijke vorm terug te krijgen door de vervormingskracht tegen te gaan, worden elastische objecten genoemd. Veren, elastiekjes en bungeekoorden zijn voorbeelden van elastische voorwerpen.
Wat is de elastische kracht?
De veerkracht ( F k ) is de kracht die een object oefent de voor zijn natuurlijke balans herstellen nadat worden geraakt door een externe kracht.
Om de elastische kracht te analyseren, wordt rekening gehouden met het ideale veermassasysteem, dat bestaat uit een horizontaal geplaatste veer die aan het ene uiteinde aan de muur is bevestigd en aan het andere uiteinde aan een blok met verwaarloosbare massa. Er wordt geen rekening gehouden met andere krachten die op het systeem inwerken, zoals de wrijvingskracht of de zwaartekracht.
Als een horizontale kracht wordt uitgeoefend op de massa, gericht naar de muur, wordt deze overgebracht naar de veer en wordt deze samengedrukt. De veer beweegt van zijn evenwichtspositie naar een nieuwe positie. Omdat het object de neiging heeft om in evenwicht te blijven, wordt de elastische kracht in de veer die de uitgeoefende kracht tegenwerkt, zichtbaar.
De verplaatsing geeft aan hoeveel de veer is vervormd en de elastische kracht is evenredig met die verplaatsing. Naarmate de veer wordt samengedrukt, neemt de variatie in positie toe en bijgevolg neemt de elastische kracht toe.
Hoe meer de veer wordt samengedrukt, hoe meer tegenkracht hij uitoefent totdat hij een punt bereikt waarop de uitgeoefende kracht en de elastische kracht in evenwicht zijn, bijgevolg stopt het veermassasysteem met bewegen. Wanneer u stopt met het uitoefenen van kracht, is de enige kracht die werkt de elastische kracht. Deze kracht versnelt de veer in de tegenovergestelde richting van de vervorming totdat deze weer in evenwicht is.
Hetzelfde gebeurt bij het strekken van de veer, waarbij de massa horizontaal wordt getrokken. De veer wordt uitgerekt en oefent onmiddellijk een kracht uit die evenredig is met de verplaatsing die de rek tegenwerkt.
Formules
De formule van de elastische kracht wordt uitgedrukt door de wet van Hooke. Deze wet stelt dat de lineaire elastische kracht die door een object wordt uitgeoefend, evenredig is met de verplaatsing.
F k = -k.Δ s
F k = elastische kracht
Hooke's wet. Elastische kracht evenredig met rek.
Het minteken in de vergelijking geeft aan dat de elastische kracht van de veer tegengesteld is aan de kracht die de verplaatsing veroorzaakte. De evenredigheidsconstante k is een constante die afhangt van het soort materiaal waaruit de veer is gemaakt. De eenheid van de constante k is N / m.
Elastische objecten hebben een elasticiteitsgrens die afhankelijk is van de vervormingsconstante. Als het buiten de elastische limiet wordt uitgerekt, zal het permanent vervormen.
De vergelijking y is van toepassing op kleine verplaatsingen van de veer. Wanneer de verplaatsingen groter zijn, worden termen met een groter vermogen van Δ x toegevoegd .
Kinetische energie en potentiële energie verwijzen naar een elastische kracht
De elastische kracht werkt op de veer door deze naar zijn evenwichtspositie te bewegen. Tijdens dit proces neemt de potentiële energie van het veermassasysteem toe. De potentiële energie als gevolg van het werk van de elastische kracht wordt uitgedrukt in de vergelijking.
Potentiële energie wordt uitgedrukt in Joules (J).
Wanneer de vervormingskracht niet wordt uitgeoefend, versnelt de veer naar de evenwichtspositie, waardoor de potentiële energie afneemt en de kinetische energie toeneemt.
De kinetische energie van het massaveersysteem, wanneer het de evenwichtspositie bereikt, wordt bepaald door vergelijking.
De veerconstante k is 35N / m.
Er is 1,75 N kracht nodig om de veer 5 cm te vervormen.
Wat is de doorbuigingsconstante van een veer die 20 cm wordt uitgerekt door de werking van een kracht van 60N?
De veerconstante is 300N / m
Potentiële energie verkrijgen
Wat is de potentiële energie die wordt verwezen naar het werk dat wordt gedaan door de elastische kracht van een veer die 10 cm is samengedrukt en de vervormingsconstante is 20 N / m?
De elastische kracht van de veer is -200N.
Deze kracht werkt op de veer om deze naar zijn evenwichtspositie te verplaatsen. Door dit werk te doen, wordt de potentiële energie van het systeem vergroot.
De potentiële energie wordt berekend met de vergelijking
Referenties
- Kittel, C, Knight, WD en Ruderman, M A. Mechanics. VS: Mc Graw Hill, 1973, deel I.
- Rama Reddy, K, Badami, SB en Balasubramanian, V. Trillingen en golven. India: Universities Press, 1994.
- Murphy, J. Physics: de eigenschappen van materie en energie onderschatten. New York: Britannica Educational Publishing, 2015.
- Giordano, N J. College Physics: Redeneren en relaties. Canada: Brooks / Cole, 2009.
- Walker, J, Halliday, D en Resnick, R. Fundamentals of Physics. VS: Wiley, 2014.