Закон Гука, сила упругости — определение, формулы
Сила: что это за величина
В повседневной жизни мы часто встречаем, как любое тело деформируется (меняет форму или размер), ускоряется или замедляется, падает. В общем, чего только с разными телами в реальной жизни не происходит. Причиной любого действия или взаимодействия является сила.
Сила — это физическая векторная величина, которая является мерой действия одного тела на другое.
Она измеряется в ньютонах — это единица измерения названа в честь Исаака Ньютона.
Сила — величина векторная. Это значит, что, помимо модуля, у нее есть направление. От того, куда направлена сила, зависит результат действия этой силы.
Вот стоите вы на лонгборде: можете оттолкнуться вправо, а можете влево — в зависимости от того, в какую сторону оттолкнетесь, результат будет разный.
В данном случае результат выражается в направлении движения.
Практикующий детский психолог Екатерина Мурашова
Бесплатный курс для современных мам и пап от Екатерины Мурашовой. Запишитесь и участвуйте в розыгрыше 8 уроков
Деформация
Деформация — это изменение формы и размеров тела (или части тела) под действием внешних сил
Происходит деформация из-за различных факторов: при изменении температуры, влажности, фазовых превращениях и других воздействиях, вызывающих изменение положения частиц тела.
На появление того или иного вида деформации большое влияние оказывает характер приложенных к телу сил. Одни процессы деформации связаны с преимущественно перпендикулярно (нормально) приложенной силой, а другие — преимущественно с силой, приложенной по касательной.
По характеру приложенной к телу нагрузки виды деформации подразделяют следующим образом:
Деформация растяжения
Деформация сжатия
Деформация сдвига
Деформация при кручении
Деформация при изгибе
Сила упругости: Закон Гука
Давайте займемся баскетболом.
Начнем набивать мяч о пол, он будет чудесно отскакивать. Этот удар можно назвать упругим. Если при ударе деформации не будет совсем, то он будет называться абсолютно упругим.
Если вы перепутали мяч и взяли пластилиновый, он деформируется при ударе и не оттолкнется от пола. Такой удар будет называться абсолютно неупругим.
Деформацию тоже можно назвать упругой (при которой тело стремится вернуть свою форму и размер в изначальное состояние) и неупругой (когда тело не может вернуться в исходное состояние).
При деформации возникает сила упругости— это та сила, которая стремится вернуть тело в исходное состояние, в котором оно было до деформации.
Сила упругости, возникающая при упругой деформации растяжения или сжатия тела, пропорциональна абсолютному значению изменения длины тела.
Выражение, описывающее эту закономерность, называется законом Гука.
Какой буквой обозначается сила упругости?
Закон Гука —сила упругости [Н] k — коэффициент жесткости [Н/м] х — изменение длины (деформация) [м] |
Важно раз
Изменение длины может обозначаться по-разному в различных источниках.
Варианты обозначений: x, ∆x, ∆l.
Это равноценные обозначения — можно использовать любое удобное.
Важно два
Поскольку сила упругости всегда направлена против деформации (она же стремится все «распрямить»), в Законе Гука должен быть знак минус.
Часто его и можно встретить в разных учебниках. Но поскольку мы учитываем направление этой силы при решении задач, знак минус можно не ставить.
На сколько удлинится рыболовная леска жесткостью 0,3 кН/м при равномерном (без ускорения) поднятии вверх рыбы весом 300 г?
Решение:
Сначала определим силу тяжести. Не забываем массу представить в единицах СИ – килограммах.
СИ — международная система единиц.
«Перевести в СИ» означает перевод всех величин в метры, килограммы, секунды и другие единицы измерения без приставок. Исключение составляет килограмм с приставкой «кило».
m = 300 г = 0,3 кг
Если принять ускорение свободного падения равным 10 м/с*с, то модуль силы тяжести равен :
F = mg = 0,3*10 = 3 Н.
Вспомним закон Гука:
И выразим из него модуль удлинения лески:
Так как одна сила уравновешивает другую, мы можем их приравнять:
Подставим числа, жесткость лески при этом выражаем в ньютонах:
= 0,01 м = 1 см
Ответ: удлинение лески равно 1 см.
Бесплатные занятия по английскому с носителем
Занимайтесь по 15 минут в день. Осваивайте английскую грамматику и лексику. Сделайте язык частью жизни.
Параллельное и последовательное соединение пружин
В Законе Гука есть такая величина, как коэффициент жесткости— это характеристика тела, которая показывает его способность сопротивляться деформации. Чем больше коэффициент жесткости, тем больше эта способность, а как следствие из Закона Гука — и сила упругости.
Чаще всего эта характеристика используется для описания жесткости пружины. Но если мы соединим несколько пружин, то их суммарная жесткость нужно будет рассчитать. Разберемся, каким же образом.
Последовательное соединение системы пружин
Последовательное соединение характерно наличием одной точки соединения пружин.
При последовательном соединении общая жесткость системы уменьшается.
Формула для расчета коэффициента упругости будет иметь следующий вид:
Коэффициент жесткости при последовательном соединении пружин k — общая жесткость системы [Н/м] k1, k2, …, ki — отдельные жесткости каждого элемента [Н/м] i — общее количество всех пружин, задействованных в системе [-] |
Параллельное соединение системы пружин
Последовательное соединение характерно наличием двух точек соединения пружин.
В случае когда пружины соединены параллельно величина общего коэффициента жесткости системы будет увеличиваться. Формула для расчета будет выглядеть так:
Коэффициент жесткости при параллельном соединении пружин k — общая жесткость системы [Н/м] k1, k2, …, ki — отдельные жесткости каждого элемента [Н/м] i — общее количество всех пружин, задействованных в системе [-] |
Задачка
Какова жесткость системы из двух пружин, жесткости которых k1 = 100 Н/м, k2 = 200 Н/м, соединенных: а) параллельно; б) последовательно?
Решение:
а) Рассмотрим параллельное соединение пружин.
При параллельном соединении пружин общая жесткость
k = k₁ + k₂ = 100 + 200 = 300 Н/м
б) Рассмотрим последовательное соединение пружин.
При последовательном соединении общая жесткость двух пружин
66,7 Н/м
Очень-очень важно!
Не забудь при расчете жесткости при последовательном соединении в конце перевернуть дробь.
График зависимости силы упругости от жесткости
Закон Гука можно представить в виде графика. Это график зависимости силы упругости от изменения длины и по нему очень удобно можно рассчитать коэффициент жесткости. Давай рассмотрим на примере задач.
Задачка 1
Определите по графику коэффициент жесткости тела.
Решение:
Из Закона Гука выразим коэффициент жесткости тела:
F = kx
Снимем значения с графика.
Важно выбрать одну точку на графике и записать для нее значения обеих величин.
Например, возьмем вот эту точку.
В ней удлинение равно 2 см, а сила упругости 2 Н.
Переведем сантиметры в метры:
2 см = 0,02 м
И подставим в формулу:
=100 Н/м
Ответ:жесткость пружины равна 100 Н/м
Онлайн-уроки физики в Skysmart не менее увлекательны, чем наши статьи!
Задачка 2
На рисунке представлены графики зависимости удлинения от модуля приложенной силы для стальной (1) и медной (2) проволок равной длины и диаметра. Сравнить жесткости проволок.
Решение:
Возьмем точки на графиках, у которых будет одинаковая сила, но разное удлинение.
Мы видим, что при одинаковой силе удлинение 2 проволоки (медной) больше, чем 1 (стальной). Если выразить из Закона Гука жесткость, то можно увидеть, что она обратно пропорциональна удлинению.
Значит жесткость стальной проволоки больше.
Ответ: жесткость стальной проволоки больше медной.
Школьные Предметы На Русском Языке Физика — 7 (Физика 7) | Русский | 9785865479284
Языки и литературы Европы
Расширенный поиск
Ваша корзина пуста
Ваша корзина пуста.
- Главная
- Все наши сайты
- Каталоги
- Студенты и преподаватели
- Пакеты
- Нужна помощь?
- Мероприятия
- Блог
- Акции
- Newsletter
- Ссылки
- Журналы ELI
- Вход в систему.
Варианты покупки
Ваша ссылка: Кол-во: Нажмите здесь, чтобы увидеть образец!
Учебник по физике для детей 12-14 лет (7 класс), изучающих русский язык как иностранный. В ней представлена система заданий и упражнений по русскому языку, основанная на основном курсе общеобразовательного школьного учебника Перышкина А.В. «Физика. 7 Класс». Структура и методология сохранены, тексты немного сокращены, но не адаптированы.
Щелкните ссылку, чтобы просмотреть страницу содержания:
http://www.esb.co.uk/pdf/45551contents.pdf
Информация о заголовке
Чтобы добавить свой отзыв к этому заголовку, вы должны сначала войдите в систему, чтобы мы могли проверить ваш отзыв.
Давай! Русский язык как иностранный для школьников: 3 года обучения. Книга для учителя
И. Мангус
Давай! Русский язык как иностранный для школьников. Третий год обучения: Те…
подробнее.
..
Давай! Русский язык как иностранный для школьников: 3 года обучения. Рабочая тетрада
И. Мангус
Давай! 3 год обучения — рабочая тетрадь предназначена для детей 11-14 лет, имеющих …
читать дальше…
Давай! Русский язык как иностранный для школьников: 3 года обучения. Учебник
И. Мангус
Давай! Учебник 3 курса рассчитан на детей, освоивших твердые…
подробнее…
Давай! Русский язык как иностранный для школьников: 4 года обучения. Книга для учителя
И. Мангус
Давай! Русский язык как иностранный для школьников. Четвертый год обучения: Т…
читать далее…
Давай! Русский язык как иностранный для школьников: 4 года обучения. Рабочая тетрада
И. Мангус
Давай! Русский язык как иностранный для школьников. Четвертый год обучения: W…
подробнее…
Давай! Русский язык как иностранный для школьников: 4 года обучения.
