- Elastik kuvvet nedir?
- Formüller
- Elastik kuvvete bağlı kinetik enerji ve potansiyel enerji
- Potansiyel enerji elde etmek
- Referanslar
Elastik kuvvet , bir nesne şeklinde bir değişiklik karşı tatbik ettiği güçtür. Deformasyon kuvvetinin etkisi altındayken şeklini geri kazanma eğiliminde olan bir nesnede kendini gösterir.
Elastik kuvvet aynı zamanda geri yükleme kuvveti olarak da adlandırılır çünkü deformasyona karşı nesneleri denge pozisyonlarına döndürür. Elastik kuvvetin aktarımı, nesneleri oluşturan parçacıklar aracılığıyla gerçekleşir.
Bir yayın elastik kuvveti
Örneğin bir metal yay sıkıştırıldığında yay partiküllerini iten, aralarındaki ayrımı azaltan bir kuvvet uygulanır, aynı zamanda partiküller sıkıştırmanın tersine bir kuvvet uygulayarak itilmeye karşı direnç gösterirler.
Yayı sıkıştırmak yerine çekilir, gerilirse onu oluşturan parçacıklar daha fazla ayrılır. Aynı şekilde parçacıklar da gerilmenin tersine bir kuvvet uygulayarak ayrılmaya karşı direnç gösterirler.
Deformasyon kuvvetine karşı çıkarak orijinal şeklini geri kazanma özelliğine sahip nesnelere elastik nesneler denir. Yaylar, lastik bantlar ve bungee kordonları elastik nesnelere örnektir.
Elastik kuvvet nedir?
Elastik kuvvet ( F k ), bir cismin bir dış kuvvetten etkilendikten sonra doğal dengesini geri kazanmak için uyguladığı kuvvettir.
Elastik kuvveti analiz etmek için, bir ucunda duvara ve diğer ucunda ihmal edilebilir bir kütleye tutturulmuş yatay olarak yerleştirilmiş bir yaydan oluşan ideal yay kütle sistemi dikkate alınacaktır. Sürtünme kuvveti veya yerçekimi kuvveti gibi sisteme etki eden diğer kuvvetler hesaba katılmayacaktır.
Kütle üzerine duvara doğru yöneltilmiş yatay bir kuvvet uygulanıyorsa yaya doğru sıkıştırılarak ona doğru aktarılır. Yay, denge konumundan yeni bir konuma hareket eder. Nesne dengede kalma eğilimindeyken, yaydaki uygulanan kuvvete karşı çıkan elastik kuvvet ortaya çıkar.
Yer değiştirme, yayın ne kadar deforme olduğunu ve elastik kuvvetin bu yer değiştirme ile orantılı olduğunu gösterir. Yay sıkıştırıldıkça, konumdaki değişiklik artar ve sonuç olarak elastik kuvvet artar.
Yay ne kadar sıkıştırılırsa, uygulanan kuvvetin ve elastik kuvvet dengesinin, dolayısıyla yay-kütle sisteminin hareketini durdurduğu bir noktaya gelene kadar o kadar fazla zıt kuvvet uygular. Kuvvet uygulamayı bıraktığınızda, etki eden tek kuvvet elastik kuvvettir. Bu kuvvet, dengeye gelene kadar yayı deformasyona ters yönde hızlandırır.
Aynısı yayı gererken, kütleyi yatay olarak çekerken de olur. Yay gerilir ve hemen germenin karşısındaki yer değiştirmeyle orantılı bir kuvvet uygular.
Formüller
Elastik kuvvet formülü Hooke Yasası ile ifade edilir. Bu Kanun, bir nesnenin uyguladığı doğrusal elastik kuvvetin yer değiştirme ile orantılı olduğunu belirtir.
F k = -k.Δ s
F k = Elastik kuvvet
Hook kanunu. Esnemeyle orantılı elastik kuvvet.
Denklemdeki eksi işareti yayın elastik kuvvetinin yer değiştirmeye neden olan kuvvetin tersi yönde olduğunu gösterir. Orantılılık sabiti k, yayın yapıldığı malzemenin türüne bağlı olan bir sabittir. K sabitinin birimi N / m'dir.
Elastik nesneler, deformasyon sabitine bağlı olacak bir esneklik sınırına sahiptir. Elastik sınırın ötesine gerilirse kalıcı olarak deforme olur.
Y denklemi yayın küçük yer değiştirmeleri için geçerlidir. Yer değiştirmeler daha büyük olduğunda, daha büyük Δ x gücüne sahip terimler eklenir .
Elastik kuvvete bağlı kinetik enerji ve potansiyel enerji
Elastik kuvvet, denge konumuna doğru hareket ettirerek yay üzerinde çalışır. Bu işlem sırasında yay kütle sisteminin potansiyel enerjisi artar. Elastik kuvvetin yaptığı işe bağlı potansiyel enerji denklemde ifade edilir.
Potansiyel enerji Joule (J) cinsinden ifade edilir.
Deformasyon kuvveti uygulanmadığında yay denge konumuna doğru hızlanarak potansiyel enerjiyi düşürür ve kinetik enerjiyi arttırır.
Denge konumuna ulaştığında kütle yay sisteminin kinetik enerjisi denklem ile belirlenir.
Yay sabiti k 35N / m'dir.
Yayı 5 cm deforme etmek için 1.75 N kuvvet gerekir.
60N'lik bir kuvvetin etkisiyle 20 cm gerilen bir yayın sapma sabiti nedir?
Yay sabiti 300N / m'dir
Potansiyel enerji elde etmek
10cm sıkıştırılmış ve deformasyon sabiti 20N / m olan bir yayın elastik kuvvetinin yaptığı işe atıfta bulunulan potansiyel enerji nedir?
Yayın elastik kuvveti -200N'dir.
Bu kuvvet yayı denge konumuna doğru hareket ettirmek için çalışır. Bu işi yapmak sistemin potansiyel enerjisini artırır.
Potansiyel enerji denklem ile hesaplanır
Referanslar
- Kittel, C, Knight, WD ve Ruderman, M A. Mechanics. ABD: Mc Graw Hill, 1973, Cilt I.
- Rama Reddy, K, Badami, SB ve Balasubramanian, V. Salınımlar ve Dalgalar. Hindistan: Universities Press, 1994.
- Murphy, J. Fizik: madde ve enerjinin özelliklerini anlamak. New York: Britannica Eğitim Yayınları, 2015.
- Giordano, N J. College Physics: Muhakeme ve İlişkiler. Kanada: Brooks / Cole, 2009.
- Walker, J, Halliday, D ve Resnick, R.Fiziğin Temelleri. ABD: Wiley, 2014.