Elastik kuvvet her zaman cismin deformasyonunun sonucudur. Bu kuvvet her zaman deforme olmuş cismi orijinal konumuna döndürmeye çalışır. Esneklik kuvveti nedir ve hangi koşullar altında ortaya çıkar?

Elastik kuvvetin genel özelliği

Elastik kuvvet, cisimler deforme olduğunda, örneğin bir yay gerildiğinde veya sıkıştırıldığında ortaya çıkar. Deformasyon, bir cismin şeklinin ve boyutunun değişmesidir.

Pirinç. 1. Yayın deformasyonu sırasında elastikiyet kuvveti.

Vücudun deformasyonu ortadan kalkarsa elastik kuvvet de ortadan kalkacaktır.

Elastik kuvvetlerin ortaya çıkmasının nedeni, tüm cisimleri oluşturan parçacıklar (moleküller veya atomlar) arasındaki çekim ve itme kuvvetleridir. Parçacıklar arasındaki mesafeyi biraz arttırırsak, etkileşim kuvvetlerinin aralarındaki çekim kuvvetleri olduğu ortaya çıkar. Parçacıklar arasındaki mesafe biraz azalırsa itici kuvvet haline gelirler. Cismin üzerine etkiyen elastik kuvvet cismin deformasyonu ile aşağıdaki şekilde ilişkilidir:

nerede F eski. - elastik kuvvetin modülü, x - gövdenin uzaması (gövdenin başlangıç ​​uzunluğunun değiştiği mesafe), k - N / m cinsinden ölçülen, yayın sertliği olarak adlandırılan orantı katsayısı. Elastik kuvvetin bu formülü Hooke yasasının bir ifadesidir. Hooke yasasının tanımı şu şekilde ifade edilir: Bir cisim deforme olduğunda ortaya çıkan elastik kuvvet, cismin uzamasıyla orantılıdır ve deformasyon sırasında cisim parçacıklarının diğer parçacıklara göre hareketine zıt yöndedir.

Pirinç. 2. Hooke yasasının formülü.

Kuvveti ölçmek için kullanılan dinamometrelerde elastik kuvvet ile uzama arasında doğru orantılı bir ilişki kullanılır. Elastik kuvvetler teknolojide ve doğada çalışır: saat işleyişinde, ulaşımdaki amortisörlerde, halatlarda ve kablolarda, insan kemiklerinde ve kaslarında.

Elastik kuvvet özellikleri

Elastik kuvvetler, desteğin reaksiyon kuvvetini ve vücudun ağırlığını içerir. Destek tarafından gövde üzerindeki reaksiyon kuvveti (N), gövde bir yüzeye (destek) yerleştirildiğinde ortaya çıkar.

Eğer gövde bir ipliğe asılıysa, bu aynı kuvvete iplik gerilimi (T) adı verilir.

Elastik kuvvetin bir takım özellikleri vardır:

• deformasyon sırasında meydana gelir
• iki vücutta aynı anda meydana gelir
• yüzeye dik
• yer değiştirme yönünün tersi.

Vücut ağırlığı (P), bir cismin Dünya'ya olan çekiminden dolayı yatay bir destek veya dikey askı üzerinde etki ettiği kuvvettir.

Vücut ağırlığı P harfiyle gösterilir ve Newton cinsinden ölçülür.

Eğer cismin desteği yatay ve hareketsizse, böyle bir cismin ağırlığı sayısal olarak bu cisme etki eden yer çekimi kuvvetine eşittir ve P=mg'ye eşittir.

Eğer cisim a ivmesiyle yukarı doğru hareket ediyorsa, o zaman bu cismin ağırlığı dinlenme halindeki cismin ağırlığından daha büyüktür ve $P=(g+a)m$'a eşittir.

Ve eğer cisim a ivmesiyle aşağı doğru hareket ederse, ağırlığı $P =(g-a)m$ olur.

Cismin ivmesi ile serbest düşme ivmesi eşit olduğunda cismin ağırlığı sıfırdır. Bu bir ağırlıksızlık durumudur.

Pirinç. 3. Elastik kuvvetin diğer kuvvetlerle karşılaştırma tablosu.

Ne öğrendik?

"Esneklik kuvveti" konusu, bir bilim olarak fizik bilgisinde önemli bir aşamadır. Elastik kuvvetler, elastik deformasyon sırasında bir gövdede ortaya çıkan ve deformasyon sırasında parçacıkların yer değiştirmesinin tersi yönde yönlendirilen kuvvetlerdir. Elastik kuvvet, cismin deformasyonu olmadan mevcut değildir. Ayrıca elastik kuvvetler, desteğin reaksiyon kuvvetini ve vücut ağırlığını da içerir.

konu sınavı

Rapor Değerlendirmesi

Ortalama puanı: 4.4. Alınan toplam puan: 92.

İki destek üzerinde yatay olarak uzanan bir tahtanın ortasına bir yük yerleştirilirse, yerçekimi etkisi altında bir süre yük aşağı doğru hareket edecek, tahtayı bükecek ve sonra duracaktır.

Bu durma, tahtaya aşağıya doğru yönlendirilen yerçekimi kuvvetine ek olarak yukarıya doğru yönlendirilen başka bir kuvvetin etki etmesiyle açıklanabilir. Aşağıya doğru hareket ederken tahta deforme olur ve desteğin üzerinde yatan gövdeye etki ettiği bir kuvvet ortaya çıkar, bu kuvvet yukarı doğru, yani yerçekiminin tersi yönde yönlendirilir. Bu kuvvete denir elastik kuvvet. Elastik kuvvet, cisme etki eden yer çekimi kuvvetine eşit olduğunda destek ve gövde durur.

Elastik kuvvet, bir cisim deforme olduğunda (yani şekli ve boyutu değiştiğinde) ortaya çıkan ve daima deforme edici kuvvetin tersi yönde yönlendirilen kuvvettir.

Elastik kuvvetin nedeni

Neden elastik kuvvetlerin ortaya çıkışı vücut moleküllerinin etkileşimidir. Moleküller kısa mesafelerde itilir, büyük mesafelerde ise çekilir. Elbette moleküllerin boyutlarıyla karşılaştırılabilecek mesafelerden bahsediyoruz.

Deforme olmamış bir vücutta moleküller, çekme ve itme kuvvetlerinin dengeleneceği kadar uzaktadır. Vücut deforme olduğunda (gerilme veya basınç altında), moleküller arasındaki mesafeler değişir; ya çekme ya da itme kuvvetleri baskın gelmeye başlar. Sonuç olarak, var Her zaman vücudun deformasyon miktarını azaltacak şekilde yönlendirilen elastik kuvvet.

Hook kanunu

Yaya bir ağırlık asılırsa yayın deforme olduğunu göreceğiz - belli bir miktar uzamış X . İki özdeş ağırlık yaya asılırsa uzama miktarının iki kat arttığını görürüz. Yayın uzaması elastiklik kuvvetiyle orantılıdır.

Cismin deformasyonundan kaynaklanan elastik kuvvet, cismin uzamasıyla mutlak değerde orantılıdır ve cismin deformasyon miktarını azaltma eğiliminde olacak şekilde yönlendirilir.

Hooke yasası yalnızca elastik deformasyonlar için geçerlidir, yani deforme edici kuvvetin etkisi sona erdiğinde ortadan kaybolan bu tür deformasyonlar!!!

Hooke yasası bir formül olarak yazılabilir:

burada k yayın sertliğidir;
X- yayın uzaması (yayın son ve başlangıç ​​uzunluğu arasındaki farka eşit);
“-” işareti elastik kuvvetin her zaman deforme edici kuvvetin ters yönünde yönlendirildiğini gösterir.

Elastik kuvvetin "çeşitleri"

Desteğin yan tarafına etki eden elastik kuvvete denir. normal destek reaksiyonunun kuvveti . "Normal" kelimesinden normal, yani desteğin tepkisi her zaman dik yüzeyler.

Süspansiyonun yan tarafına etki eden elastik kuvvete denir. iplik gerginliği (süspansiyon) .

Yerdeki cisimler (evler, ağaçlar, sen ve ben) yer çekimi onlara etki ettiği halde neden oradan düşmüyorlar? Gerilmiş bir yay veya yay neden şeklini yeniden kazanma eğilimindedir? Bu derste başka bir kuvvet türü olan esneklik kuvveti ile tanışarak bunlara ve birçok soruya cevap verebilirsiniz.

Dünya yüzeyindeki tüm cisimlerin onun çekiciliğini hissettiğini zaten biliyorsunuz. Yer çekimi kuvveti, Dünya yüzeyinde veya yakınında bulunan herhangi bir cisme etki eder. Gökten düşen bir kar tanesi Dünya'ya doğru hareket ediyor. Ancak çatıya düşerek hareketini durdurur. Yani bir şey kar tanesinin aşağıya doğru hareket etmesini engelliyor.

Pirinç. 1. Gökten düşen kar tanesi çatıya düşerek hareketini durdurur

Bir kar tanesinin ve çatıdaki kar kalınlığının tamamının yerçekimi etkisi altında Dünya'nın merkezine doğru hareket etmesini engelleyen nedir? Cevap: Çatının yanından ona etki eden kuvvet, karın hareket etmeye devam etmesini engeller. Bu kuvvet yerçekimi yönünün tersi yöndedir ve sayısal olarak ona eşittir. Yer çekimi kuvvetini telafi eder ve kar, sanki üzerine hiçbir cisim etki etmiyormuş gibi davranır. Zaten bilinen eylemsizlik yasasına uygun olarak hareketsizdir.

Pirinç. 2. Esneklik kuvveti yer çekimi kuvvetini telafi eder

Yerçekimi telafisinin başka bir örneğini düşünün. Yatay olarak yerleştirilmiş bir çelik bant, tripodların her iki tarafına sabitlenmiştir. Bu banda yük koyarsanız yük aşağı doğru indikçe bant sarkmaya başlayacaktır. Bant deforme olmuş. Ve bant belirli bir miktarda deformasyona uğradığında yük durur. Yük, çelik bandın yanından ona etki eden kuvvet yerçekimi kuvvetini dengeleyene kadar aşağı doğru hareket eder.

Pirinç. 3. Kavisli kayış, yükün yerçekimini dengeleyen bir kuvvetle yüke etki eder.

Bir cisim deforme olduğunda ortaya çıkan kuvvete elastik kuvvet denir.

Deformasyonlar, vücudun şeklindeki değişikliğin doğası ile ayırt edilir. Bu, bükülme, esneme, sıkıştırma, burulma vb.'dir.

Pirinç. 4. Vücudun şeklindeki değişikliğin niteliğine göre deformasyonların sınıflandırılması

Ek olarak deformasyon elastik ve plastik olmak üzere iki türe ayrılır. Elastik deformasyondan sonra gövde tamamen orijinal şeklini ve boyutlarını geri kazanır.

Pirinç. 5. Elastik deformasyona bir örnek

Plastik deformasyondan sonra gövde, yeni edinilen şekil ve boyutları tamamen korur.

Bu, örneğin kil veya hamuru heykel yaparken olur. Plastik deformasyon mühendislikte dövme ve damgalama gibi işlemlerde kullanılır.

Pirinç. 6. Plastik deformasyona bir örnek

Elastik kuvvetin ortaya çıkmasının nedeni, deformasyon sırasında moleküller arasındaki mesafelerin değişmesi ve buna bağlı olarak moleküller arası etkileşim kuvvetlerinin değişmesidir.

Vücudu gerersek molekülleri arasındaki mesafe artar, bu da moleküller arası çekim kuvvetinin arttığı anlamına gelir. Vücudu sıkıştırmaya çalışırsak ama bunu yaparak moleküller arasındaki mesafeyi azaltmaya çalışırsak, moleküller arası itme kuvvetleri artar.

Pirinç. 9. Gerildiğinde vücuttaki moleküller arasındaki mesafe artar

Pirinç. 10. Sıkıştırıldığında vücuttaki moleküller arasındaki mesafe azalır

Vücudun deformasyonu çoğunlukla çok küçüktür ve görsel olarak doğrudan fark edilmez. Dolayısıyla, vücut bir destek üzerinde durduğunda (örneğin bir masanın üzerinde), masanın deformasyonu görünmez, ancak yerçekimi ona etki etmesine rağmen vücudun hareketsiz kalmasının nedeni tam olarak budur.

Deformasyon açıkça görülebildiğinde ve kolayca ölçülebildiğinde elastik kuvveti incelemek çok daha kolaydır. Örneğin yaylar gerildiğinde meydana gelir. Üst ucu sabit olan yaya bir, iki, üç ağırlık sırayla asılırsa yayın deformasyonunun arttığı ve buna bağlı olarak elastik kuvvetin de arttığı görülebilir.

Pirinç. 11. Yayın deformasyonu artar ve elastik kuvvet de artar

İngiliz fizikçi Robert Hooke, elastik kuvvetin büyüklüğünün ona neden olan deformasyona bağlı olduğunu ilk tespit eden kişiydi.

Pirinç. 12.Robert Hooke (1635-1703)

Hooke, vücudun uzaması (uzunluğunda bir artış) arasında ben∆ tarafından ben) ve bu uzamadan kaynaklanan elastik kuvvetin ortaya çıkmasıyla basit bir bağlantı vardır. Burada büyüklükteki değişimi belirtmek için Yunanca ∆(delta) harfi kullanılmıştır. ben.

Küçük deformasyonlarda elastik kuvvet, gövdenin uzamasıyla doğru orantılıdır:

Bu ifadeye Hooke yasası denir. Yalnızca elastik deformasyon için geçerlidir. katsayı k cismin sertlik katsayısı denir. N/m (metre başına Newton) cinsinden ölçülür.

Pirinç. 13. Farklı sertlikte iki yay

Şekilde ağırlıkların asılmasından önce aynı uzunlukta olan iki yay gösterilmektedir. Ancak ağırlıkların etkisi altındaki sağ yay, aynı ağırlıkların etkisi altındaki sol yaydan daha fazla uzamıştır. Bu, bu yayların rijitlik katsayılarının farklı olduğu anlamına gelir.

Her iki yayda da elastik kuvvet aynıdır. Ve eğer sağ yay soldan daha fazla uzadıysa, o zaman Hooke yasasına göre sertlik katsayısı daha az olur.

Sertlik katsayısı cismin elastik özelliklerini tanımlar. Vücudun şekline ve boyutuna ve ayrıca yapıldığı malzemeye bağlıdır.

Vücut üzerindeki dış etki altında moleküller arası düzeyde değişiklikler meydana geldiğini öğrendik: deformasyon, moleküller arasındaki mesafede bir değişikliğe yol açar. Çeşitli deformasyonlar vardır. Deformasyon sırasında oluşan kuvvete elastik kuvvet denir. Küçük çekme (basınç) şekil değiştirmelerinde elastik kuvvet, gövdenin uzamasıyla doğru orantılıdır.

1. Peryshkin A.V. Fizik. 7 hücre - 14. baskı, stereotip. - M.: Bustard, 2010.
2. Peryshkin A.V. Fizikte problemlerin toplanması, 7 - 9 hücre: 5. baskı, stereotip. - M: Sınav Yayınevi, 2010.
3. Lukashik V.I., Ivanova E.V. Eğitim kurumlarının 7 - 9. sınıfları için fizik problemlerinin toplanması. - 17. baskı. - M.: Aydınlanma, 2004.

1. İnternet portalı "files.school-collection.edu.ru" ()
2. İnternet portalı "files.school-collection.edu.ru" ()

Ev ödevi

Lukashik V.I., Ivanova E.V. 7 - 9 No. 326 - 332. Sınıflar için fizik problemlerinin toplanması.

Esneklik kuvveti cisimlerin etkileşim kuvvetlerinden biridir ve mekanik bunu inceliyor. Nasıl ortaya çıkıyor, neye bağlı, nereye yönlendiriliyor? Makaleyi okuduktan sonra bu soruların cevaplarını öğreneceksiniz.

Esneklik kuvveti nasıl ve ne zaman ortaya çıkar?

Bir deney yapalım:

• yatay bir yüzeyin, örneğin bir masanın alt tarafındaki yayı hamuru ile güçlendiriyoruz;
• yayın serbest ucuna küçük bir ağırlık asın.

Pirinç. 1. Esneklik gücü

Yer çekiminin etkisiyle yükün düşmesi gerekti. Bu neden olmadı? Bunun nedeni yayın yanından yüke etki eden elastik kuvvettir. Genel durumda, bunun oluşması deformasyondan kaynaklanmaktadır: çekme, sıkıştırma, kesme, burulma veya bükülme. Deneyimizde yayın esnemesinden dolayı ortaya çıkmıştır.

Elastik kuvvetin yönü

Her cisim yüklü parçacıklardan oluşan moleküller ve atomlar içerir. Belli bir kuvvetle birbirlerini çeker ve iterler. Bu etkileşimlerden hangisinin geçerli olacağı aralarındaki mesafeye bağlıdır.

Pirinç. 2. Yüklü parçacıklar

Mesafedeki bir artış, çekici kuvvetlerin eyleminde bir artışa, itici kuvvetlerin baskınlığında bir azalmaya yol açar. Vücut hareketsizken her iki kuvvet de dengededir.

Yukarıdakilerden elastik kuvvetin neden ve nereye yönlendirildiğini açıkça söyleyebiliriz. Yönü, vücudun orijinal şeklini geri kazanmaya çalıştığı için vücuttaki atomların ve moleküllerin hareketinin tersidir.

Yüklü parçacıklar arasındaki etkileşimler elastik kuvvetin elektromanyetik doğasını belirler.

Deformasyon her zaman elastik bir kuvvetin ortaya çıkmasına neden olur mu?

Yayın şeklini ne kadar kolay geri yüklediğini unutmayın, ancak hamuru her zaman onu korur. Bunun nedeni iki sınırlayıcı deformasyon durumunun varlığıdır. Yaylı örnek, elastikliğin ve hamuru - plastik deformasyonun tezahürünü göstermektedir.

Esneklik kuvvetinden bahsettiğimizde sadece elastik deformasyonu kastediyoruz. Üstelik değeri küçüktür ve uzun sürmez. Plastik deformasyon diğer kuvvetlerle karakterize edilir. Deformasyonların oluşma oranına bağlıdırlar. 10.sınıf fizik dersinde bunlar işlenmez.

Elastik kuvvet ile deformasyon arasındaki ilişki

Elastik kuvvet ile deformasyon arasındaki ilişki nedir? Onu nasıl bulabilirim? Bu soruların yanıtlarını İngiliz mucit ve doğa bilimci Robert Hooke buldu. Deneylerinin sonuçları ilişkinin doğrusal doğasını gösterdi. Oluşturduğu kanun yazılı olarak şöyledir:

Fkontrol=k|Δl| veya Fkontrol=k|x|,

Nerede k- esneklik katsayısı, Δl, veya X- mutlak uzama.

Δl, veya X deforme olmuş gövdenin uzunluğu ile metre (m) cinsinden başlangıç ​​uzunluğu arasındaki farktır.

k-sertlik. Metre başına Newton (N/m) cinsinden ifade edilir ve değeri gövdenin boyutlarına ve malzemenin özelliklerine göre belirlenir. Birim Fupr- newton (N).

Hooke yasasının yalnızca küçük elastik deformasyonlar durumunda geçerli olduğunu unutmayın.

Herhangi bir vücut, deforme olduğunda ve dış etkilere maruz kaldığında direnir ve eski şeklini ve boyutlarını geri kazanmaya çalışır. Bunun nedeni vücuttaki moleküler düzeydeki elektromanyetik etkileşimdir.

Deformasyon, vücut parçacıklarının birbirlerine göre konumlarındaki değişikliktir. Deformasyonun sonucu atomlar arası mesafelerde bir değişiklik ve atom bloklarının yeniden düzenlenmesidir.

Tanım. Elastik kuvvet nedir?

Elastik kuvvet - vücutta deformasyon sırasında ortaya çıkan ve vücudu başlangıç ​​​​durumuna döndürme eğiliminde olan bir kuvvet.

En basit deformasyonları göz önünde bulundurun - çekme ve sıkıştırma

Şekil, çubuğu sıkıştırdığımızda veya gerdiğimizde elastik kuvvetin nasıl etki ettiğini göstermektedir.

Küçük x ≪ l şekil değiştirmeler için Hooke yasası geçerlidir.

Elastik bir cisimde meydana gelen deformasyon, cisme uygulanan kuvvetle orantılıdır.

F y p p = - k x

Burada k, sertlik adı verilen bir orantı faktörüdür. SI sertliğin birimi metre başına Newton'dur. Sertlik gövdenin malzemesine, şekline ve boyutlarına bağlıdır.

Eksi işareti, elastik kuvvetin dış kuvvete karşı çıktığını ve vücudu orijinal durumuna döndürme eğiliminde olduğunu gösterir.

Hooke yasasını yazmanın başka biçimleri de var. Vücudun bağıl deformasyonu ε = x l oranıdır. Vücuttaki gerilim σ = - F y p p S oranıdır. Burada S, deforme olmuş gövdenin kesit alanıdır. Hooke yasasının ikinci formülasyonu: bağıl gerinim gerilimle orantılıdır.

Burada E, cismin şekline ve boyutuna bağlı olmayan, yalnızca malzemenin özelliklerine bağlı olan Young modülüdür. Young modülünün farklı malzemeler için değeri büyük ölçüde değişir. Örneğin, çelik için E ≈ 2 10 11 N m 2 ve kauçuk için E ≈ 2 10 6 N m 2

Hooke yasası karmaşık deformasyonlar durumuna genelleştirilebilir. Çubuğun bükülme deformasyonunu düşünün. Böyle bir bükülme deformasyonunda elastik kuvvet, çubuğun sapması ile orantılıdır.

Çubuğun uçları, desteğin normal reaksiyon kuvveti olarak adlandırılan N → kuvvetiyle gövdeye etki eden iki destek üzerinde bulunur. Neden normal? Çünkü bu kuvvet temas yüzeyine dik (normalde) olarak yönlendirilir.

Çubuk bir masanın üzerinde duruyorsa, desteğin normal tepki kuvveti, dengelediği yer çekimi kuvvetinin tersine dikey olarak yukarıya doğru yönlendirilir.

Bir cismin ağırlığı, bir desteğe etki eden kuvvettir.

Elastik kuvvet genellikle bir yayın gerilmesi veya sıkıştırılması bağlamında dikkate alınır. Bu sadece teoride değil pratikte de sıkça karşılaşılan bir örnektir. Yaylar kuvvetlerin büyüklüğünü ölçmek için kullanılır. Bunun için tasarlanan cihaz bir dinamometredir.

Dinamometre, gerilimi kuvvet birimleriyle kalibre edilen bir yaydır. Yayların karakteristik bir özelliği, uzunluklarında yeterince büyük bir değişiklik olması durumunda Hooke yasasının bunlara uygulanabilmesidir.

Yay sıkıştırılıp gerildiğinde Hooke kanunu uygulanır, yayın uzunluğu ve sertliğindeki değişimle (k katsayısı) orantılı elastik kuvvetler ortaya çıkar.

Yaylardan farklı olarak çubuklar ve teller Hooke kanununa çok dar sınırlar dahilinde uyar. Böylece,% 1'den fazla göreceli deformasyonla, malzemede - akışkanlıkta ve tahribatta geri dönüşü olmayan değişiklikler meydana gelir.

Metinde bir hata fark ederseniz, lütfen onu vurgulayın ve Ctrl+Enter tuşlarına basın.