탄성력 목적은 그 형상의 변화를 저항 발휘되는 힘이다. 그것은 변형력의 작용하에있을 때 모양을 되 찾는 경향이있는 물체에서 나타납니다.
탄성력은 변형에 반대하여 물체를 평형 위치로 되돌리기 때문에 복원력이라고도합니다. 탄성력의 전달은 물체를 구성하는 입자를 통해 이루어집니다.
스프링의 탄성력
예를 들어, 금속 스프링이 압축 될 때 스프링 입자를 밀어내는 힘이 가해지면서 이들 사이의 간격이 줄어들고, 동시에 입자는 압축과 반대되는 힘을 가하여 밀림에 저항합니다.
스프링을 압축하는 대신 당겨서 늘어 나면 스프링을 구성하는 입자가 더 분리됩니다. 마찬가지로, 입자는 신장과 반대되는 힘을 가하여 분리되지 않습니다.
변형력에 대항하여 원래의 형태를 회복하는 성질을 가진 물체를 탄성체라고합니다. 스프링, 고무 밴드 및 번지 코드는 탄성 물체의 예입니다.
탄성력이란?
탄성력 ( F k )은 물체가 외력의 영향을받은 후 자연 균형 상태를 회복하기 위해 가하는 힘입니다.
탄성력을 분석하기 위해 벽의 한쪽 끝과 무시할 수있는 질량 블록에 다른 쪽 끝이 부착 된 수평으로 배치 된 스프링으로 구성된 이상적인 스프링 질량 시스템이 고려됩니다. 마찰력이나 중력과 같이 시스템에 작용하는 다른 힘은 고려되지 않습니다.
수평 힘이 질량에 가해져 벽을 향하면 스프링쪽으로 전달되어 압축됩니다. 스프링은 평형 위치에서 새로운 위치로 이동합니다. 물체가 평형을 유지하는 경향이 있기 때문에 적용된 힘에 반대하는 스프링의 탄성력이 나타납니다.
변위는 스프링이 변형 된 정도를 나타내며 탄성력은 변위에 비례합니다. 스프링이 압축됨에 따라 위치 변화가 증가하고 결과적으로 탄성력이 증가합니다.
스프링이 더 많이 압축 될수록 적용된 힘과 탄성력이 균형을 이루는 지점에 도달 할 때까지 더 많은 반대 힘을 가하여 결과적으로 스프링 질량 시스템이 움직이지 않습니다. 힘 적용을 중지하면 작용하는 유일한 힘은 탄성력입니다. 이 힘은 평형을 회복 할 때까지 변형과 반대 방향으로 스프링을 가속시킵니다.
스프링을 늘려서 질량을 수평으로 당길 때도 마찬가지입니다. 스프링이 늘어나고 즉시 늘어나는 것에 반대되는 변위에 비례하는 힘을가합니다.
방식
탄성력 공식은 Hooke의 법칙으로 표현됩니다. 이 법칙은 물체에 의해 가해지는 선형 탄성력이 변위에 비례한다고 말합니다.
F K = -k.Δ 의
F k = 탄성력
Hooke의 법칙. 신축성에 비례하는 탄성력.
방정식의 음수 기호는 스프링의 탄성력이 변위를 일으킨 힘과 반대 방향임을 나타냅니다. 비례 상수 k는 스프링이 만들어지는 재료의 유형에 따라 달라지는 상수입니다. 상수 k의 단위는 N / m입니다.
탄성 오브젝트에는 변형 상수에 따라 달라지는 탄성 한계가 있습니다. 탄성 한계 이상으로 늘어 나면 영구적으로 변형됩니다.
방정식 y는 스프링의 작은 변위에 적용됩니다. 변위가 더 크면 Δ x의 거듭 제곱이 더 큰 항이 추가됩니다 .
탄성력이라고하는 운동 에너지와 위치 에너지
탄성력은 스프링을 평형 위치로 이동시켜 스프링에 작용합니다. 이 과정에서 스프링 질량 시스템의 위치 에너지가 증가합니다. 탄성력에 의한 일로 인한 위치 에너지는 방정식으로 표현됩니다.
전위 에너지는 줄 (J)로 표시됩니다.
변형력이 적용되지 않으면 스프링이 평형 위치로 가속되어 위치 에너지가 감소하고 운동 에너지가 증가합니다.
평형 위치에 도달 할 때 질량 스프링 시스템의 운동 에너지는 방정식에 의해 결정됩니다.
스프링 상수 k는 35N / m입니다.
스프링을 5cm 변형하려면 1.75N의 힘이 필요합니다.
60N 힘의 작용으로 20cm 늘어난 스프링의 처짐 상수는 얼마입니까?
스프링 상수는 300N / m입니다.
잠재 에너지 획득
10cm로 압축되고 변형 상수가 20N / m 인 용수철의 탄성력에 의해 수행되는 작업을 참조하는 위치 에너지는 얼마입니까?
스프링의 탄성력은 -200N입니다.
이 힘은 스프링에 작용하여 평형 위치로 이동합니다. 이 작업을 수행하면 시스템의 위치 에너지가 증가합니다.
위치 에너지는 방정식으로 계산됩니다.
참고 문헌
- Kittel, C, Knight, WD 및 Ruderman, M A. Mechanics. 미국 : Mc Graw Hill, 1973, Vol. I.
- Rama Reddy, K, Badami, SB 및 Balasubramanian, V. 진동 및 파도. 인도 : Universities Press, 1994.
- Murphy, J. Physics : 물질과 에너지의 속성을 이해합니다. 뉴욕 : Britannica Educational Publishing, 2015.
- Giordano, NJ. College Physics : 추론 및 관계. 캐나다 : Brooks / Cole, 2009.
- Walker, J, Halliday, D 및 Resnick, R. 물리학의 기초. 미국 : 와일리, 2014.