من و شما می دانیم که اگر نیرویی بر جسمی وارد شود، بدن تحت تأثیر این نیرو حرکت می کند. به عنوان مثال، یک برگ به دلیل جذب شدن توسط زمین به زمین می افتد. اما اگر برگی روی نیمکت بیفتد، به سقوط ادامه نمی دهد و از روی نیمکت نمی افتد، بلکه در حال استراحت است.

و اگر برگ ناگهان از حرکت باز ایستاد، به این معنی است که باید نیرویی ظاهر شده باشد که با حرکت آن مقابله کند. این نیرو در جهت مخالف گرانش زمین عمل می کند و از نظر قدر با آن برابر است. در فیزیک به این نیروی خنثی کننده نیروی گرانش، نیروی کشسانی می گویند.

نیروی الاستیک چیست؟

توله سگ آنتوشکا عاشق تماشای پرندگان است.

برای مثالی که نیروی الاستیک چیست، اجازه دهید پرندگان و طناب را به یاد بیاوریم. هنگامی که پرنده روی طناب می نشیند، تکیه گاه که قبلاً به صورت افقی کشیده شده بود، زیر وزن پرنده خم می شود و کمی کشیده می شود. پرنده ابتدا همراه با طناب به سمت زمین حرکت می کند سپس می ایستد. و این زمانی اتفاق می افتد که یک پرنده دیگر را به طناب اضافه کنید. و سپس یکی دیگر. یعنی بدیهی است که با افزایش نیروی وارده بر طناب، تغییر شکل می‌یابد تا لحظه‌ای که نیروهای خنثی‌کننده با این تغییر شکل به وزن همه پرندگان تبدیل می‌شوند. و سپس حرکت رو به پایین متوقف می شود.

هنگامی که تعلیق کشیده می شود، نیروی کشسانی برابر با نیروی گرانش است، سپس کشش متوقف می شود.

به زبان ساده، وظیفه ارتجاعی حفظ یکپارچگی اجسامی است که با اجسام دیگر برخورد می کنیم. و اگر نیروی الاستیک از کار بیفتد، بدن به طور غیر قابل برگشت تغییر شکل می دهد. طناب در زیر فراوانی برف می شکند، دسته های کیسه در صورت پر شدن بیش از حد غذا می شکند، در هنگام برداشت های بزرگ شاخه های درخت سیب می شکند و غیره.

نیروی الاستیک چه زمانی ایجاد می شود؟ در لحظه ای که تاثیر روی بدن شروع می شود. وقتی پرنده روی طناب نشست. و با بلند شدن پرنده ناپدید می شود. یعنی زمانی که ضربه متوقف شود. نقطه اعمال نیروی کشسان نقطه ای است که ضربه در آن اتفاق می افتد.

تغییر شکل

نیروی الاستیک تنها زمانی ایجاد می شود که اجسام تغییر شکل دهند. اگر تغییر شکل بدن از بین برود، نیروی کشسانی نیز از بین می رود.

تغییر شکل هایی وجود دارد انواع متفاوت: کشش، فشار، برش، خمش و پیچش.

کشش - بدن را روی یک ترازو فنری یا یک نوار الاستیک معمولی که زیر وزن بدن کشیده می شود وزن می کنیم.

فشرده سازی - یک جسم سنگین را روی فنر قرار می دهیم

برشی - کار قیچی یا اره، یک صندلی چرکی که می توان کف را به عنوان پایه و صندلی را به عنوان صفحه اعمال بار در نظر گرفت.

خم - پرندگان ما روی یک شاخه نشستند، یک نوار افقی با دانش آموزان در یک درس تربیت بدنی

نیروی کشسانی یکی از نیروهای برهمکنش بین اجسام است و مکانیک آن را مطالعه می کند. چگونه بوجود می آید، به چه چیزی بستگی دارد، به کجا هدایت می شود؟ پس از مطالعه مقاله به پاسخ این سوالات پی خواهید برد.

نیروی الاستیک چگونه و چه زمانی ایجاد می شود؟

بیایید یک آزمایش انجام دهیم:

• فنر را با پلاستیکین در قسمت زیرین یک سطح افقی، به عنوان مثال، یک میز تقویت کنید.
• یک وزنه کوچک از انتهای آزاد فنر آویزان کنید.

برنج. 1. نیروی الاستیک

به دلیل نیروی گرانش، بار مجبور به سقوط شد. چرا این اتفاق نیفتاد؟ دلیل آن نیروی کشسانی است که از فنر روی بار وارد می شود. به طور کلی، وقوع آن ناشی از تغییر شکل است: کشش، فشار، برش، پیچش یا خمش. در آزمایش ما، به دلیل کشش فنر به وجود آمد.

جهت نیروی الاستیک

هر جسمی حاوی مولکول ها و اتم هایی است که از ذرات باردار تشکیل شده اند. با نیروی خاصی همدیگر را جذب و دفع می کنند. اینکه کدام یک از این فعل و انفعالات غالب خواهد بود به فاصله بین آنها بستگی دارد.

برنج. 2. ذرات باردار

افزایش فاصله منجر به افزایش عملکرد نیروهای جذاب و کاهش - به غلبه نیروهای دافعه می شود. هنگامی که بدن در حال استراحت است، هر دو نیرو در تعادل هستند.

با توجه به موارد فوق، به وضوح می توان گفت که نیروی کشسان چرا و به کجا هدایت می شود. جهت آن برخلاف حرکت اتم ها و مولکول های بدن است، زیرا در تلاش است تا شکل اصلی بدن را بازگرداند.

فعل و انفعالات بین ذرات باردار ماهیت الکترومغناطیسی نیروی الاستیک را تعیین می کند.

آیا تغییر شکل همیشه منجر به ظهور نیروی الاستیک می شود؟

به یاد داشته باشید که فنر چقدر راحت شکل خود را بازیابی می کند، اما پلاستیکین همیشه آن را حفظ می کند. این به دلیل وجود دو مورد محدود کننده تغییر شکل رخ می دهد. مثال با فنر تجلی تغییر شکل الاستیک را نشان می دهد و با پلاستیکین - تغییر شکل پلاستیک.

وقتی در مورد نیروی الاستیک صحبت می کنیم، منظور فقط تغییر شکل الاستیک است. علاوه بر این، اهمیت آن اندک است و دوام زیادی ندارد. تغییر شکل پلاستیک توسط نیروهای دیگر مشخص می شود. آنها به سرعت رخ دادن تغییر شکل ها بستگی دارند. در درس فیزیک پایه دهم تدریس نمی شود.

رابطه بین نیروی الاستیک و تغییر شکل

رابطه بین نیروی کشسان و تغییر شکل چیست؟ چگونه او را پیدا کنیم؟ پاسخ این سؤالات را رابرت هوک، مخترع و طبیعت شناس انگلیسی پیدا کرد. نتایج آزمایشات او ماهیت خطی اتصال را نشان داد. قانونی که او به صورت کتبی وضع کرد به شرح زیر است:

Fpr=k|Δl|یا Fpr=k|x|,

جایی که ک- ضریب کشسانی، Δl، یا ایکس- ازدیاد طول مطلق

Δl، یا ایکس- تفاوت بین طول بدن تغییر شکل یافته و طول اولیه بر حسب متر (متر).

ک-سختی. این بر حسب نیوتن بر متر (N/m) بیان می شود، مقدار آن با اندازه بدن و خواص ماده تعیین می شود. واحد فوپر– نیوتن (N).

توجه داشته باشید که قانون هوک فقط در مورد تغییر شکل های الاستیک کوچک اعمال می شود.

من و شما می دانیم که اگر نیرویی بر جسمی وارد شود، بدن تحت تأثیر این نیرو حرکت می کند. به عنوان مثال، یک دانه برف به دلیل اینکه توسط زمین جذب می شود، به زمین می افتد. و گرانش زمین دائماً عمل می کند ، اما یک دانه برف که به سقف رسیده است ، به سقوط ادامه نمی دهد ، اما متوقف می شود و خانه ما را خشک نگه می دارد.

از نظر نظافت و نظم در خانه همه چیز درست و منطقی است اما از نظر فیزیک همه چیز باید توضیحی داشته باشد. و اگر یک دانه برف به طور ناگهانی از حرکت باز ایستاد، به این معنی است که باید نیرویی ظاهر شده باشد که حرکت آن را خنثی می کند. این نیرو در جهت مخالف گرانش زمین عمل می کند و از نظر قدر با آن برابر است. در فیزیک به این نیروی مخالف گرانش، نیروی کشسانی می گویند و در درس پایه هفتم مطالعه می شود. بیایید بفهمیم که چیست.

نیروی الاستیک چیست؟

برای مثالی برای توضیح نیروی کشسانی، اجازه دهید یک بند رخت ساده را به یاد بیاوریم یا تصور کنیم که لباس های خیس را به آن آویزان می کنیم. وقتی یک وسیله خیس را آویزان می کنیم، طناب که قبلاً به صورت افقی کشیده شده بود، زیر وزن لباس های شسته شده خم می شود و کمی کشیده می شود. چیز کوچک ما، مثلاً یک حوله خیس، ابتدا همراه با طناب به سمت زمین حرکت می کند، سپس می ایستد. و این اتفاق می افتد زمانی که هر چیز جدید به طناب اضافه می شود. یعنی بدیهی است که با افزایش نیروی وارد بر طناب، تغییر شکل می‌یابد تا لحظه‌ای که نیروهای خنثی کننده این تغییر شکل به وزن همه چیز تبدیل می‌شوند. و سپس حرکت رو به پایین متوقف می شود. به زبان ساده، وظیفه ارتجاعی حفظ یکپارچگی اجسامی است که با اجسام دیگر برخورد می کنیم. و اگر نیروی الاستیک از کار بیفتد، بدن به طور غیر قابل برگشت تغییر شکل می دهد. طناب پاره می شود، سقف زیر بار زیاد برف فرو می ریزد و غیره. نیروی الاستیک چه زمانی ایجاد می شود؟در لحظه ای که تاثیر روی بدن شروع می شود. وقتی لباسشویی را قطع می کنیم. و وقتی لباس زیر خود را در می آوریم ناپدید می شود. یعنی زمانی که ضربه متوقف شود. نقطه اعمال نیروی کشسان نقطه ای است که ضربه در آن اتفاق می افتد. اگر بخواهیم چوبی را روی زانوی خود بشکنیم، آنگاه نقطه اعمال نیروی کشسان، نقطه ای خواهد بود که در آن چوب را با زانو فشار می دهیم. این کاملا قابل درک است.

نحوه پیدا کردن نیروی کشسان: قانون هوک

برای اینکه بدانیم چگونه نیروی الاستیک را پیدا کنیم، باید با قانون هوک آشنا شویم. فیزیکدان انگلیسی رابرت هوک اولین کسی بود که وابستگی نیروی ارتجاعی را به تغییر شکل یک جسم ثابت کرد. این وابستگی نسبت مستقیم دارد. هر چه تغییر شکل بیشتر رخ دهد، نیروی الاستیک بیشتر است. به این معنا که فرمول نیروی الاستیک به شرح زیر است:

F_control=k*∆l،

جایی که ∆l مقدار تغییر شکل است،
و k ضریب سختی است.

ضریب صلبیت، به طور طبیعی، برای اجسام و مواد مختلف متفاوت است. جداول خاصی برای پیدا کردن آن وجود دارد. نیروی الاستیک بر حسب N/m اندازه گیری می شود(نیوتن بر متر).

نیروی کشسانی در طبیعت

نیروی کشسانی در طبیعت- این یک گله گنجشک روی شاخه درخت، دسته های توت روی بوته ها یا کلاه های برف روی پنجه های صنوبر است. شاخه هایی که خم می شوند اما قهرمانانه و کاملا آزادانه تسلیم نمی شوند قدرت کشش را به ما نشان می دهند.

هرچه جسمی در معرض تغییر شکل بیشتری قرار گیرد، نیروی کشسانی که در آن ایجاد می شود بیشتر می شود. این بدان معنی است که تغییر شکل و نیروی الاستیک به هم مرتبط هستند و با تغییر یک مقدار می توان تغییر در دیگری را قضاوت کرد. بنابراین، با دانستن تغییر شکل یک جسم، می توان نیروی الاستیک ناشی از آن را محاسبه کرد. یا با دانستن نیروی ارتجاعی، درجه تغییر شکل بدن را تعیین کنید.

اگر آن را از فنر آویزان کنید مقادیر مختلفوزن های یکسان، سپس هر چه تعداد آنها معلق باشد، فنر بیشتر کشیده می شود، یعنی تغییر شکل می دهد. هر چه فنر بیشتر کشیده شود، نیروی کشسانی که در آن ایجاد می شود بیشتر می شود. علاوه بر این، تجربه نشان می دهد که هر وزن معلق بعدی طول فنر را به همان میزان افزایش می دهد.

به عنوان مثال، اگر طول اولیه فنر 5 سانتی متر بود و آویزان کردن یک وزنه به آن، آن را 1 سانتی متر افزایش داد (یعنی طول فنر 6 سانتی متر شد)، آویزان کردن دو وزنه آن را 2 سانتی متر افزایش می دهد. طول کل 7 سانتی متر) و سه در 3 سانتی متر (طول فنر 8 سانتی متر خواهد بود).

حتی قبل از آزمایش، مشخص شده است که وزن و نیروی الاستیک ناشی از عمل آن مستقیماً با یکدیگر متناسب هستند. افزایش چند برابری وزن، استحکام کشسانی را به همان میزان افزایش می دهد. تجربه نشان می دهد که تغییر شکل به وزن نیز بستگی دارد: افزایش چند برابر وزن، تغییرات طول را به همان میزان افزایش می دهد. این بدان معنی است که با حذف وزن، می توان رابطه مستقیمی بین نیروی کشسان و تغییر شکل ایجاد کرد.

اگر طویل شدن یک فنر در نتیجه کشش آن را به صورت x یا ∆l نشان دهیم (l 1 - l 0، جایی که l 0 طول اولیه است، l 1 طول فنر کشیده شده است)، آنگاه وابستگی نیروی الاستیک در کشش را می توان با فرمول زیر بیان کرد:

کنترل F = kx یا F کنترل = k∆l، (∆l = l 1 - l 0 = x)

فرمول از ضریب k استفاده می کند. دقیقاً نشان می دهد که نیروی کشسان و کشش چه رابطه ای دارند. از این گذشته، ازدیاد طول هر سانتی متر می تواند نیروی کشسانی یک فنر را 0.5 نیوتن، دومی را 1 نیوتن، و سومی را 2 نیوتن افزایش دهد. برای فنر اول، فرمول مانند F کنترل = 0.5 برابر خواهد بود. دوم - کنترل F = x، برای سوم - کنترل F = 2x.

ضریب k نامیده می شود سختیفنر. هر چه فنر سفت تر باشد، کشش آن دشوارتر است و مقدار k بیشتر می شود. و هر چه k بزرگتر باشد، نیروی کشسانی (کنترل F) با طولهای مساوی (x) فنرهای مختلف بیشتر خواهد بود.

سفتی به ماده ای که فنر از آن ساخته شده، شکل و اندازه آن بستگی دارد.

واحد اندازه گیری سختی N/m (نیوتن بر متر) است. سفتی نشان می دهد که چند نیوتن (چقدر نیرو) باید به فنر وارد شود تا به اندازه 1 متر کشیده شود یا اگر نیروی 1 N برای کشش آن اعمال شود روی چشمه اعمال می شود و 1 سانتی متر (0.01 متر) کشیده می شود. این بدان معنی است که سفتی آن 1 نیوتن / 0.01 متر = 100 نیوتن بر متر است.

همچنین اگر به واحدهای اندازه گیری دقت کنید، مشخص می شود که چرا سختی را بر حسب N/m اندازه گیری می کنند. نیروی ارتجاعی مانند هر نیرو با نیوتن و فاصله با متر اندازه گیری می شود. برای مساوی کردن دو طرف چپ و راست معادله F کنترل = kx در واحد اندازه گیری، باید مترهای سمت راست را کاهش دهید (یعنی تقسیم بر آنها) و نیوتن ها را اضافه کنید (یعنی ضرب در آنها).

رابطه بین نیروی الاستیک و تغییر شکل یک جسم الاستیک، که با فرمول F control = kx توصیف می شود، توسط دانشمند انگلیسی رابرت هوک در سال 1660 کشف شد، بنابراین این رابطه نام او را دارد و نامیده می شود. قانون هوک.

تغییر شکل الاستیک زمانی است که پس از قطع نیروها، جسم به حالت اولیه خود بازگردد. اجسامی وجود دارند که تحت الشعاع قرار دادن آنها تقریبا غیرممکن است تغییر شکل الاستیک، در حالی که برای دیگران می تواند بسیار بزرگ باشد. به عنوان مثال، قرار دادن یک جسم سنگین روی یک قطعه خاک رس نرم، شکل آن را تغییر می دهد و خود قطعه به حالت اولیه خود باز نمی گردد. با این حال، اگر نوار لاستیکی را بکشید، با رها کردن آن به اندازه اولیه خود باز می گردد. لازم به یادآوری است که قانون هوک فقط برای تغییر شکل های الاستیک قابل اجرا است.

فرمول F control = kx محاسبه سومی را از دو کمیت شناخته شده امکان پذیر می کند. بنابراین، با دانستن نیروی اعمال شده و کشیدگی، می توانید به سختی بدن پی ببرید. با دانستن سفتی و کشیدگی، نیروی کشسان را پیدا کنید. و با دانستن نیروی کشسان و صلبیت، تغییر طول را محاسبه کنید.