Сила упругости
Сила упругости — это сила, возникающая при деформации тела и направленная против изменения его формы или размеров. Благодаря ей тело стремится вернуться в исходное состояние после прекращения внешнего воздействия.
Деформация — это изменение формы или размеров тела. Она бывает растяжением, сжатием, изгибом, кручением или сдвигом. Например, при растяжении пружины сила упругости направлена к её исходной длине, а при сжатии — отталкивает витки друг от друга. Направление силы определяется тем, как тело деформировано, поэтому сила упругости всегда противодействует деформации.
Сила упругости является одним из видов силы. Она возникает из-за взаимодействия частиц вещества. Если деформация мала и тело возвращается к прежней форме, деформацию называют упругой. При слишком сильном воздействии тело может деформироваться необратимо — тогда после снятия нагрузки оно не полностью восстанавливает форму.
Формула для пружины
Для небольшой упругой деформации пружины силу находят по закону Гука. В формуле используется модуль удлинения или сжатия \(|\Delta l|\), поэтому величина силы получается положительной:
Здесь \(k\) — жёсткость пружины, измеряемая в Н/м, а \(\Delta l\) — изменение её длины в метрах. Чем больше жёсткость или деформация, тем больше сила упругости. В векторной форме направление учитывают знаком: \(\vec{F}_{\text{упр}}=-k\vec{x}\).
Пружину жёсткостью \(200\ \text{Н/м}\) растянули на \(0{,}03\ \text{м}\). Сила упругости равна \(F_{\text{упр}}=200\cdot0{,}03=6\ \text{Н}\). Она направлена в сторону, противоположную растяжению.
Сила упругости и сила трения возникают по разным причинам. Сила упругости противодействует деформации, а сила трения — относительному движению или его возможному началу между соприкасающимися поверхностями.
Куда направлена сила упругости у растянутой пружины?
Главное
- Сила упругости возникает при деформации и направлена против неё.
- Для пружины при малой деформации: \(F_{\text{упр}}=k|\Delta l|\).
- Сила упругости стремится восстановить исходную форму тела, если деформация упругая.