Сила упругости

Введение

Когда мы растягиваем резинку, нажимаем на пружину или мяч сжимается под рукой — мы наблюдаем явление упругости.
В физике это связано с силой упругости — силой, возникающей при деформации тела и стремящейся вернуть его в исходное состояние.
Понимание силы упругости важно для решения задач и объяснения работы многих механизмов: пружин, амортизаторов, спортивного инвентаря и строительных конструкций.

1. Что такое сила упругости

Сила упругости — это сила, возникающая в теле, когда его форму изменяют: растягивают, сжимают или изгибают.
Она направлена в противоположную сторону деформации, стараясь вернуть тело в первоначальное состояние.

Примеры из жизни:

Пружина в ручке дверцы толкает её обратно, если дверь закрыта.
Резинка натягивается и тянет обратно предмет, к которому прикреплена.
Мяч возвращает форму после сжатия рукой.

2. Закон Гука

Для малых деформаций сила упругости прямо пропорциональна величине деформации.

$display style F equals k times straight capital delta x$

где:

F — сила упругости (Н),
k — жёсткость пружины или тела (Н/м),
Δx — удлинение или сжатие тела относительно исходной длины (м).

Жёсткость показывает, насколько трудно изменить форму тела: чем больше k, тем сильнее сопротивление деформации.

3. Примеры расчётов

Задача 1:
Пружина растянута на 0,05 м. Жёсткость пружины k = 200 Н/м. Найдите силу упругости.

$display style F equals k times straight capital delta x equals 200 times 0 comma 05 equals 10 text Н end text$

Ответ: 10 Н.

Задача 2:
Пружина сжата на 2 см. Жёсткость k = 150 Н/м. Какова сила упругости?

$display style straight capital delta x equals 0 comma 02 text м end text$ $display style F equals k times straight capital delta x equals 150 times 0 comma 02 equals 3 text Н end text$

Ответ: 3 Н.

4. Связь с работой и энергией

Сила упругости связана с потенциальной энергией упругой деформации, которая хранится в теле:

$display style E equals 1 half k not stretchy left parenthesis straight capital delta x not stretchy right parenthesis squared$

Энергия высвобождается, когда тело возвращается в исходное положение.
Примеры:

Прыжок на батуте.
Метание стрелы из лука.
Амортизаторы автомобиля поглощают энергию при неровностях дороги.

5. Применение силы упругости

Механизмы: пружины дверей, ручек, амортизаторы, часы, измерительные приборы.
Спорт: лыжные крепления, резиновые тренажёры, батуты.
Строительство: упругие соединения для гашения вибраций.
Игрушки и учебные модели: пружинные игрушки, лабораторные эксперименты.

6. Важные замечания

Закон Гука справедлив только для малых деформаций. Если растянуть пружину слишком сильно, она может деформироваться пластически и перестать возвращаться.
Сила упругости всегда направлена противодействуя изменению формы.
Для разных материалов жёсткость k различна: у металла, резины и пластика она сильно отличается.

7. Заключение

Сила упругости — одна из основных сил, действующих в природе и технике.
Она помогает понять, как предметы возвращаются в исходное состояние после деформации, как работают пружины и амортизаторы, и позволяет рассчитывать механические системы.
Знание формулы $F equals k times straight capital delta x$ помогает решать практические задачи и объяснять явления вокруг нас.

8. Вопросы для самопроверки

Что такое сила упругости?
В каком направлении действует сила упругости при растяжении или сжатии?
Напишите формулу закона Гука.
Что показывает жёсткость пружины?
Как вычислить силу упругости, если известно удлинение и жёсткость пружины?
Как связана сила упругости с потенциальной энергией тела?
Приведите три примера применения силы упругости в быту или технике.
Почему слишком сильное растяжение пружины может изменить её свойства?
Как сила упругости влияет на движение мячика, брошенного на пружинный батут?
Чем закон Гука ограничен и для каких деформаций он справедлив?

Последнее изменение: Суббота, 1 Ноябрь 2025, 03:17