Die Kraft einer komprimierten Feder. Elastizitätskräfte, Formeln

Die Elastizitätskraft ist eine der Wechselwirkungskräfte zwischen Körpern und wird von der Mechanik untersucht. Wie entsteht es, wovon hängt es ab, wohin ist es gerichtet? Nach der Lektüre des Artikels erfahren Sie die Antworten auf diese Fragen.

Wie und wann entsteht elastische Kraft?

Machen wir ein Experiment:

• verstärken Sie die Feder mit Plastilin auf der Unterseite einer horizontalen Fläche, zum Beispiel eines Tisches;
• Hängen Sie ein kleines Gewicht an das freie Ende der Feder.

Reis. 1. Elastische Kraft

Aufgrund der Schwerkraft musste die Ladung fallen. Warum ist das nicht passiert? Der Grund ist die elastische Kraft, die von der Feder auf die Last wirkte. Im Allgemeinen wird sein Auftreten durch Verformung verursacht: Dehnung, Kompression, Scherung, Torsion oder Biegung. In unserem Experiment entstand es aufgrund der Dehnung der Feder.

Richtung der elastischen Kraft

Jeder Körper enthält Moleküle und Atome, die aus geladenen Teilchen bestehen. Sie ziehen sich gegenseitig mit einer bestimmten Kraft an und stoßen sie ab. Welche dieser Wechselwirkungen überwiegen, hängt vom Abstand zwischen ihnen ab.

Reis. 2. Geladene Teilchen

Eine Vergrößerung des Abstands führt zu einer Zunahme der Wirkung anziehender Kräfte, eine Abnahme – zum Überwiegen abstoßender Kräfte. Im Ruhezustand des Körpers sind beide Kräfte im Gleichgewicht.

Aus dem oben Gesagten können wir klar sagen, warum und wohin die elastische Kraft gerichtet ist. Seine Richtung ist der Bewegung der Atome und Moleküle des Körpers entgegengesetzt, da es darauf abzielt, die ursprüngliche Form des Körpers wiederherzustellen.

Wechselwirkungen zwischen geladenen Teilchen bestimmen die elektromagnetische Natur der elastischen Kraft.

Führt eine Verformung immer zum Auftreten einer elastischen Kraft?

Denken Sie daran, wie leicht eine Feder ihre Form wiederherstellt, Plastilin sie jedoch immer behält. Dies geschieht aufgrund der Existenz von zwei Grenzfällen der Verformung. Das Beispiel mit einer Feder zeigt die Manifestation einer elastischen Verformung und mit Plastilin eine plastische Verformung.

Wenn wir von elastischer Kraft sprechen, meinen wir nur elastische Verformung. Darüber hinaus ist seine Bedeutung gering und er hält nicht lange an. Die plastische Verformung ist durch andere Kräfte gekennzeichnet. Sie hängen von der Geschwindigkeit ab, mit der Verformungen auftreten. Sie werden im Physikkurs der 10. Klasse nicht unterrichtet.

Zusammenhang zwischen elastischer Kraft und Verformung

Welcher Zusammenhang besteht zwischen elastischer Kraft und Verformung? Wie findet man sie? Die Antworten auf diese Fragen fand der englische Erfinder und Naturforscher Robert Hooke. Die Ergebnisse seiner Experimente zeigten die lineare Natur der Verbindung. In schriftlicher Form lautet das von ihm aufgestellte Gesetz wie folgt:

Fpr=k|Δl| oder Fpr=k|x|,

Wo k- Elastizitätskoeffizient, Δl, oder X- absolute Dehnung.

Δl, oder X– die Differenz zwischen der Länge des verformten Körpers und der Anfangslänge in Metern (m).

k-Steifigkeit. Sie wird in Newton pro Meter (N/m) ausgedrückt, ihr Wert wird durch die Größe des Körpers und die Eigenschaften des Materials bestimmt. Maßeinheit Fupr– Newton (N).

Beachten Sie, dass das Hookesche Gesetz nur bei kleinen elastischen Verformungen gilt.

Reis. 3. Hookes Gesetz

Wenn Abmessungen keine Rolle spielen und nur die Eigenschaften des Materials wichtig sind, kann die Konstante E in die elastische Kraftformel eingesetzt werden und das Gesetz kann wie folgt geschrieben werden:

Fpr=ESΔl/l0 oder Δl/l0=FKontrolle/ES,

Wo E- Elastizitätsmodul (Young-Modul) in N/m2=Pa, S- Quadrat Querschnitt in m2, Δl/l0- relative Verformung, Fupr/S- Stromspannung.

Was haben wir gelernt?

Nachdem wir den Artikel gelesen hatten, erfuhren wir, wovon die elastische Kraft abhängt und welche Koeffizienten im Hookeschen Gesetz gelten. Jetzt können Sie Aufgaben zur Bestimmung der elastischen Kraft sicher lösen.

Auswertung des Berichts

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In der Natur ist alles miteinander verbunden und interagiert ständig miteinander. Jeder Teil davon, jede seiner Komponenten und Elemente ist ständig einem ganzen Komplex von Kräften ausgesetzt.

Obwohl ihre Zahl recht groß ist, lassen sie sich alle in vier Typen einteilen:

1. Gravitationskräfte.

2. Kräfte elektromagnetischer Natur.

3. Starke Kräfte.

In der Physik gibt es so etwas wie elastische Verformung. Die elastische Verformung ist ein Verformungsphänomen, bei dem sie verschwindet, nachdem äußere Kräfte nicht mehr wirken. Nach einer solchen Verformung kehrt der Körper in seine ursprüngliche Form zurück. Somit ist die elastische Kraft, deren Definition besagt, dass sie nach elastischer Verformung im Körper entsteht, eine potentielle Kraft. Potenzielle Kraft oder konservative Kraft ist eine Kraft, deren Wirkung nicht von ihrer Flugbahn, sondern nur von den Anfangs- und Endpunkten der Krafteinwirkung abhängt. Die von einer konservativen oder potentiellen Kraft entlang eines geschlossenen Pfades geleistete Arbeit ist Null.

Wir können sagen, dass die elastische Kraft elektromagnetischer Natur ist. Diese Kraft kann als makroskopische Manifestation der Wechselwirkung zwischen den Molekülen eines Stoffes oder Körpers gewertet werden. In jedem Fall, in dem ein Körper entweder komprimiert oder gedehnt wird, zeigt sich eine elastische Kraft. Sie ist gegen die Kraft gerichtet, die eine Verformung in entgegengesetzter Richtung zur Verschiebung der Partikel erzeugt gegebener Körper und steht senkrecht zur Oberfläche des verformten Körpers. Außerdem ist der Vektor dieser Kraft in die entgegengesetzte Richtung zur Verformung des Körpers (der Verschiebung seiner Moleküle) gerichtet.

Die Berechnung des Wertes der elastischen Kraft, die in einem Körper bei der Verformung entsteht, erfolgt danach. Demnach ist die elastische Kraft gleich dem Produkt aus der Steifigkeit des Körpers und der Änderung des Verformungskoeffizienten dieses Körpers. Nach dem Hookeschen Gesetz ist die elastische Kraft, die bei einer bestimmten Verformung eines Körpers oder Stoffes entsteht, direkt proportional zur Dehnung dieses Körpers und ist entgegengesetzt zu der Richtung gerichtet, in der sich die Teilchen eines bestimmten Körpers relativ bewegen zu anderen Teilchen im Moment der Verformung.

Der Steifigkeitsindex oder Proportionalkoeffizient eines bestimmten Körpers hängt vom Material ab, aus dem der Körper hergestellt wird. Außerdem hängt die Steifigkeit von den geometrischen Proportionen und der Form eines bestimmten Körpers ab. In Bezug auf die elastische Kraft gibt es auch ein Konzept wie „Diese Spannung“ ist das Verhältnis des Moduls der elastischen Kraft zu einer Flächeneinheit an einem bestimmten Punkt des betrachteten Abschnitts. Wenn wir das Hookesche Gesetz mit einer solchen Spannung in Verbindung bringen, dann wird seine Formulierung etwas anders klingen. Mechanische Spannungen, die in einem Körper bei seiner Verformung auftreten, sind immer proportional zur relativen Dehnung dieses Körpers. Dabei ist zu berücksichtigen, dass die Wirkung des Hookeschen Gesetzes nur auf kleine Verformungen beschränkt ist. Es gibt Verformungsgrenzen, innerhalb derer dieses Gesetz gilt. Bei Überschreitung wird die elastische Kraft berechnet komplexe Formeln unabhängig vom Hookeschen Gesetz.

Die Federsteifigkeitsformel ist vielleicht die beste wichtiger Punkt im Thema über diese elastischen Elemente. Schließlich spielt die Steifigkeit eine sehr wichtige Rolle wichtige Rolle Aus diesem Grund werden diese Komponenten so häufig verwendet.

Heutzutage kommt kaum noch eine Industrie ohne Federn aus; sie werden im Instrumenten- und Werkzeugmaschinenbau eingesetzt, Landwirtschaft, Produktion von Bergbau- und Eisenbahnausrüstung, Energie und anderen Industrien. Sie leisten treue Dienste an den wichtigsten und kritischsten Stellen verschiedener Einheiten, wo ihre inhärenten Eigenschaften gefragt sind, vor allem die Federsteifigkeit, deren Formel im Allgemeinen sehr einfach und den Kindern aus der Schule bekannt ist.

Merkmale der Arbeit

Jede Feder ist ein elastisches Produkt, das im Betrieb statischen, dynamischen und zyklischen Belastungen ausgesetzt ist. Das Hauptmerkmal dieses Teils besteht darin, dass es sich unter äußerer Krafteinwirkung verformt und nach Beendigung des Aufpralls seine ursprüngliche Form und geometrischen Abmessungen wiederherstellt. Während der Verformungsphase wird Energie akkumuliert und während der Erholung übertragen.

Es ist diese Eigenschaft, in ihre ursprüngliche Form zurückzukehren, die diesen Teilen eine weit verbreitete Verwendung beschert hat: Sie sind hervorragende Stoßdämpfer, Ventilelemente, die Überdruck verhindern, Komponenten für Messgeräte. In diesen und anderen Situationen leisten sie dank der Fähigkeit zur elastischen Verformung gute Dienste wichtige Arbeit, daher sind sie erforderlich hohe Qualität und Zuverlässigkeit.

Arten von Federn

Es gibt viele Arten dieser Teile, am häufigsten sind Zug- und Druckfedern.

• Die ersten ohne Last haben eine Steigung von Null, das heißt, die Spule steht in Kontakt mit der Spule. Bei der Verformung dehnen sie sich und ihre Länge nimmt zu. Das Aufhören der Belastung geht mit einer Rückkehr in die ursprüngliche Form einher – wiederum Drehung für Drehung.
• Letztere hingegen werden zunächst mit einer bestimmten Ganghöhe zwischen den Windungen gewickelt und unter Belastung komprimiert. Der Kontakt der Windungen ist ein natürlicher Begrenzer für die Fortsetzung des Aufpralls.

Zunächst wurde für die Zugfeder der Zusammenhang zwischen der Masse der an ihr aufgehängten Last und der Änderung ihrer geometrischen Größe ermittelt, der als Grundlage für die Formel für die Federsteifigkeit in Bezug auf Masse und Länge diente.

Welche anderen Arten von Federn gibt es?

Die Abhängigkeit der Verformung von der aufgebrachten äußeren Kraft gilt auch für andere Arten elastischer Teile: Torsion, Biegung, scheibenförmig usw. Es spielt keine Rolle, in welcher Ebene die Kräfte auf sie einwirken: In der Ebene, in der sich die Mittellinie befindet oder senkrecht dazu, ist die erzeugte Verformung proportional zu der Kraft, unter deren Einfluss sie aufgetreten ist.

Hauptmerkmale

Unabhängig von der Art der Federn erfordern die Besonderheiten ihres Betriebs, die mit einer konstanten Verformung verbunden sind, die folgenden Parameter:

• Die Fähigkeit, einen konstanten Elastizitätswert über einen bestimmten Zeitraum aufrechtzuerhalten.
• Plastizität.
• Entspannungswiderstand, wodurch Verformungen nicht irreversibel werden.
• Stärke, also die Fähigkeit, standzuhalten Verschiedene Arten Belastungen: statisch, dynamisch, Stoß.

Jede dieser Eigenschaften ist jedoch wichtig bei der Auswahl einer elastischen Komponente für spezifische Arbeit Sie interessieren sich vor allem für seine Steifigkeit als wichtigen Indikator dafür, ob es für diese Aufgabe geeignet ist und wie lange es funktionieren wird.

Was ist Härte?

Die Steifigkeit ist eine Eigenschaft eines Teils, die angibt, ob es leicht oder einfach zusammengedrückt werden kann und wie viel Kraft dafür aufgewendet werden muss. Es stellt sich heraus, dass die unter Belastung auftretende Verformung umso größer ist, je größer die aufgebrachte Kraft ist (schließlich hat die ihr entgegenwirkende elastische Kraft den gleichen Modul). Daher können Sie den Grad der Verformung bestimmen, indem Sie die elastische Kraft (aufgewandte Kraft) kennen, und umgekehrt, indem Sie die erforderliche Verformung kennen, können Sie berechnen, wie viel Kraft erforderlich ist.

Physikalische Grundlage des Konzepts der Steifigkeit/Elastizität

Die auf die Feder einwirkende Kraft verändert ihre Form. Zum Beispiel Zug-/Druckfedern unter dem Einfluss Äußerer Einfluss verkürzen oder verlängern. Nach dem Hookeschen Gesetz (so heißt die Formel, mit der Sie den Steifigkeitskoeffizienten einer Feder berechnen können) sind Kraft und Verformung innerhalb der Elastizität eines bestimmten Stoffes proportional zueinander. Im Gegensatz zur von außen einwirkenden Belastung entsteht eine Kraft gleicher Größe und entgegengesetztem Vorzeichen, die darauf abzielt, die ursprünglichen Abmessungen des Teils und seine Form wiederherzustellen.

Die Natur dieser elastischen Kraft ist elektromagnetischer Natur; sie entsteht als Folge der besonderen Wechselwirkung zwischen den Strukturelementen (Moleküle und Atome) des Materials, aus dem das Teil besteht. Je größer also die Steifigkeit ist, d. h. je schwieriger es für ein elastisches Teil ist, sich zu dehnen/stauchen, desto größer ist der Elastizitätskoeffizient. Dieser Indikator wird insbesondere bei der Auswahl eines bestimmten Materials für die Herstellung von Federn für den Einsatz in verschiedenen Situationen verwendet.

Wie entstand die erste Version der Formel?

Die Formel zur Berechnung der Federsteifigkeit, das sogenannte Hookesche Gesetz, wurde experimentell ermittelt. Bei Experimenten mit Gewichten, die an einem elastischen Element aufgehängt sind verschiedene Gewichte Das Ausmaß seiner Dehnung wurde gemessen. Es stellte sich also heraus, dass das gleiche Prüfteil bei unterschiedlichen Belastungen unterschiedliche Verformungen erfährt. Außerdem hängend ein bestimmter Betrag Gewichte gleicher Masse zeigten, dass jedes hinzugefügte/entfernte Gewicht die Länge des elastischen Elements um den gleichen Betrag vergrößert/verringert.

Als Ergebnis dieser Experimente ergab sich die folgende Formel: kx=mg, wobei k eine bestimmte Koeffizientenkonstante für eine gegebene Feder ist, x die Längenänderung der Feder ist, m ihre Masse ist und g die Beschleunigung ist Schwerkraft (ungefährer Wert - 9,8 m/s²) .

So wurde die Eigenschaft der Steifigkeit entdeckt, die ebenso wie die Formel zur Bestimmung des Elastizitätskoeffizienten in jeder Branche die größte Anwendung findet.

Formel zur Bestimmung der Härte

Die von modernen Schulkindern untersuchte Formel zur Ermittlung des Steifigkeitskoeffizienten einer Feder ist das Verhältnis von Kraft und einer Größe, die die Änderung der Länge der Feder in Abhängigkeit von der Stärke eines bestimmten Aufpralls (bzw

elastische Kraft mit gleichem Modul). Diese Formel sieht so aus: F = -kx. Nach dieser Formel ist der Steifigkeitskoeffizient eines elastischen Elements gleich dem Verhältnis der elastischen Kraft zur Längenänderung. IN internationales System Einheiten physikalische Quantitäten Sie wird in der SI-Einheit Newton pro Meter (N/m) gemessen.

Eine andere Möglichkeit, die Formel zu schreiben: Young-Koeffizient

Zug-/Druckverformung kann in der Physik auch durch ein leicht modifiziertes Hookesches Gesetz beschrieben werden. Die Formel umfasst die Werte der relativen Verformung (das Verhältnis der Längenänderung zu ihrem Anfangswert) und der Spannung (das Verhältnis der Kraft zur Querschnittsfläche des Teils). Relative Verformung und Spannung sind nach dieser Formel proportional und der Proportionalitätskoeffizient ist der Kehrwert des Elastizitätsmoduls.

Der Elastizitätsmodul ist interessant, weil er ausschließlich von den Eigenschaften des Materials bestimmt wird und in keiner Weise von der Form des Teils oder seinen Abmessungen abhängt.

Zum Beispiel der Elastizitätsmodul für einhundert

ist ungefähr gleich eins, gefolgt von elf Nullen (Maßeinheit - N/m²).

Die Bedeutung des Konzepts des Steifigkeitskoeffizienten

Steifigkeitskoeffizient – ​​Proportionalitätskoeffizient aus dem Hookeschen Gesetz. Zu Recht wird er auch Elastizitätskoeffizient genannt.

Tatsächlich zeigt es die Kraft an, die auf ein elastisches Element ausgeübt werden muss, um seine Länge um eine Einheit (im verwendeten Maßsystem) zu ändern.

Der Wert dieses Parameters hängt von mehreren Faktoren ab, die die Feder charakterisieren:

• Das bei seiner Herstellung verwendete Material.
• Formen und Designmerkmale.
• Geometrische Größen.

Basierend auf diesem Indikator können Sie

Stellen Sie fest, wie widerstandsfähig das Produkt gegenüber Belastungen ist, d. h. wie widerstandsfähig es bei Einwirkung äußerer Einflüsse ist.

Merkmale der Berechnung von Federn

Die Formel zur Ermittlung der Federsteifigkeit ist wahrscheinlich eine der am häufigsten von modernen Designern verwendeten Formeln. Schließlich werden diese elastischen Teile fast überall eingesetzt, das heißt, es gilt, ihr Verhalten zu berechnen und diejenigen auszuwählen, die ihren zugewiesenen Aufgaben optimal gerecht werden.

Das Hookesche Gesetz zeigt sehr einfach die Abhängigkeit der Verformung eines elastischen Teils von der aufgebrachten Kraft; Ingenieure verwenden genauere Formeln zur Berechnung des Steifigkeitskoeffizienten unter Berücksichtigung aller Merkmale des laufenden Prozesses.

Zum Beispiel:

• Die moderne Technik betrachtet eine zylindrische Schraubenfeder als eine Spirale aus Draht mit runden und seine Verformung unter dem Einfluss der im System vorhandenen Kräfte wird durch eine Reihe elementarer Verschiebungen dargestellt.
• Bei einer Biegeverformung gilt als Verformung die Durchbiegung des an seinen Enden auf Auflagen liegenden Stabes.

Merkmale zur Berechnung der Steifigkeit von Federverbindungen

Ein wichtiger Punkt ist die Berechnung mehrerer in Reihe oder parallel geschalteter elastischer Elemente.

Bei der Parallelanordnung mehrerer Teile wird die Gesamtsteifigkeit dieses Systems durch die einfache Summe der Koeffizienten der einzelnen Komponenten bestimmt. Wie man leicht erkennen kann, ist die Steifigkeit des Systems größer als die eines Einzelteils.

Bei einer sequentiellen Anordnung ist die Formel komplexer: Der Kehrwert der Gesamtsteifigkeit ist gleich der Summe der Kehrwerte der Steifigkeit jeder Komponente. In dieser Version ist die Summe geringer als die Bedingungen.

Anhand dieser Abhängigkeiten lässt sich dies leicht ermitteln die richtige Entscheidung elastische Komponenten für einen bestimmten Fall.

Es ist notwendig, den Angriffspunkt und die Richtung jeder Kraft zu kennen. Es ist wichtig, bestimmen zu können, welche Kräfte in welcher Richtung auf den Körper wirken. Kraft wird als angegeben, gemessen in Newton. Zur Unterscheidung der Kräfte werden sie wie folgt bezeichnet

Nachfolgend sind die wichtigsten Kräfte aufgeführt, die in der Natur wirken. Es ist unmöglich, Kräfte zu erfinden, die es bei der Lösung von Problemen nicht gibt!

Es gibt viele Kräfte in der Natur. Hier betrachten wir die Kräfte, die im Schulphysikkurs beim Studium der Dynamik berücksichtigt werden. Es werden auch andere Kräfte erwähnt, die in anderen Abschnitten besprochen werden.

Schwere

Jeder Körper auf dem Planeten ist von der Schwerkraft der Erde betroffen. Die Kraft, mit der die Erde jeden Körper anzieht, wird durch die Formel bestimmt

Der Angriffspunkt liegt im Körperschwerpunkt. Schwere immer senkrecht nach unten gerichtet.

Reibungskraft

Machen wir uns mit der Reibungskraft vertraut. Diese Kraft entsteht, wenn sich Körper bewegen und zwei Oberflächen in Kontakt kommen. Die Kraft entsteht, weil Oberflächen unter dem Mikroskop nicht so glatt sind, wie sie erscheinen. Die Reibungskraft wird durch die Formel bestimmt:

Die Kraft wird am Berührungspunkt zweier Flächen ausgeübt. In die entgegengesetzte Richtung zur Bewegung gerichtet.

Bodenreaktionskraft

Stellen wir uns einen sehr schweren Gegenstand vor, der auf einem Tisch liegt. Der Tisch biegt sich unter dem Gewicht des Gegenstandes. Aber nach dem dritten Newtonschen Gesetz wirkt der Tisch mit genau der gleichen Kraft auf den Gegenstand wie der Gegenstand auf dem Tisch. Die Kraft ist der Kraft entgegengesetzt, mit der der Gegenstand auf den Tisch drückt. Das heißt, nach oben. Diese Kraft wird Bodenreaktion genannt. Der Name der Kraft „spricht“ Support reagiert. Diese Kraft tritt immer dann auf, wenn auf den Träger ein Stoß ausgeübt wird. Die Art seines Auftretens auf molekularer Ebene. Das Objekt schien die übliche Position und Verbindungen der Moleküle (im Inneren des Tisches) zu verformen, diese wiederum streben danach, in ihren ursprünglichen Zustand zurückzukehren, „Widerstand zu leisten“.

Absolut jeder Körper, auch ein sehr leichter (z. B. ein auf einem Tisch liegender Bleistift), verformt die Stütze auf Mikroebene. Daher kommt es zu einer Bodenreaktion.

Es gibt keine spezielle Formel, um diese Kraft zu finden. Sie wird mit dem Buchstaben bezeichnet, aber diese Kraft ist einfach eine separate Art der Elastizitätskraft und kann daher auch als bezeichnet werden

Die Kraft wird am Kontaktpunkt des Objekts mit der Unterlage ausgeübt. Senkrecht zur Stütze gerichtet.

Da der Körper als materieller Punkt dargestellt wird, kann die Kraft vom Zentrum aus dargestellt werden

Elastische Kraft

Diese Kraft entsteht durch Verformung (Änderung des Ausgangszustandes des Stoffes). Wenn wir beispielsweise eine Feder dehnen, vergrößern wir den Abstand zwischen den Molekülen des Federmaterials. Wenn wir eine Feder zusammendrücken, verringern wir sie. Wenn wir uns drehen oder verschieben. In all diesen Beispielen entsteht eine Kraft, die eine Verformung verhindert – die elastische Kraft.

Hookes Gesetz

Die elastische Kraft ist der Verformung entgegengesetzt gerichtet.

Da der Körper als materieller Punkt dargestellt wird, kann die Kraft vom Zentrum aus dargestellt werden

Bei der Reihenschaltung von Federn beispielsweise wird die Steifigkeit anhand der Formel berechnet

Bei Parallelschaltung erhöht sich die Steifigkeit

Probensteifigkeit. Elastizitätsmodul.

Der Elastizitätsmodul charakterisiert die elastischen Eigenschaften eines Stoffes. Das Konstante, abhängig nur vom Material und seinem physikalischen Zustand. Charakterisiert die Fähigkeit eines Materials, einer Zug- oder Druckverformung standzuhalten. Der Wert des Elastizitätsmoduls ist tabellarisch.

Lesen Sie mehr über die Eigenschaften von Festkörpern.

Körpergewicht

Das Körpergewicht ist die Kraft, mit der ein Gegenstand auf eine Unterlage einwirkt. Sie sagen, das ist die Schwerkraft! Die Verwirrung entsteht im Folgenden: Tatsächlich ist das Gewicht eines Körpers oft gleich der Schwerkraft, aber diese Kräfte sind völlig unterschiedlich. Die Schwerkraft ist eine Kraft, die durch die Wechselwirkung mit der Erde entsteht. Gewicht ist das Ergebnis der Interaktion mit der Unterstützung. Die Schwerkraft wirkt im Schwerpunkt des Objekts, während das Gewicht die Kraft ist, die auf die Stütze (nicht auf das Objekt) wirkt!

Es gibt keine Formel zur Gewichtsbestimmung. Diese Kraft wird mit dem Buchstaben bezeichnet.

Die Stützreaktionskraft oder elastische Kraft entsteht als Reaktion auf den Aufprall eines Gegenstandes auf die Aufhängung oder Stütze, daher ist das Gewicht des Körpers immer numerisch gleich der elastischen Kraft, hat jedoch die entgegengesetzte Richtung.

Die Stützreaktionskraft und das Gewicht sind Kräfte gleicher Natur; nach dem 3. Newtonschen Gesetz sind sie gleich und entgegengesetzt gerichtet. Gewicht ist eine Kraft, die auf die Stütze und nicht auf den Körper wirkt. Auf den Körper wirkt die Schwerkraft.

Das Körpergewicht entspricht möglicherweise nicht der Schwerkraft. Es kann mehr oder weniger sein, oder es kann sein, dass das Gewicht Null ist. Dieser Zustand wird aufgerufen Schwerelosigkeit. Schwerelosigkeit ist ein Zustand, in dem ein Objekt nicht mit einer Unterlage interagiert, zum Beispiel der Flugzustand: Es gibt Schwerkraft, aber das Gewicht ist Null!

Es ist möglich, die Richtung der Beschleunigung zu bestimmen, indem man bestimmt, wohin die resultierende Kraft gerichtet ist

Bitte beachten Sie, dass Gewicht eine Kraft ist, gemessen in Newton. Wie beantwortet man die Frage „Wie viel wiegen Sie“ richtig? Wir antworten mit 50 kg und nennen dabei nicht unser Gewicht, sondern unsere Masse! In diesem Beispiel entspricht unser Gewicht der Schwerkraft, also etwa 500 N!

Überlast- Verhältnis von Gewicht zu Schwerkraft

Die Kraft des Archimedes

Kraft entsteht durch die Wechselwirkung eines Körpers mit einer Flüssigkeit (Gas), wenn er in eine Flüssigkeit (oder ein Gas) eingetaucht ist. Diese Kraft drückt den Körper aus dem Wasser (Gas). Daher ist es senkrecht nach oben gerichtet (drückt). Bestimmt durch die Formel:

In der Luft vernachlässigen wir die Macht von Archimedes.

Wenn die Archimedes-Kraft gleich der Schwerkraft ist, schwebt der Körper. Ist die archimedische Kraft größer, steigt sie an die Flüssigkeitsoberfläche, ist sie kleiner, sinkt sie ab.

Elektrische Kräfte

Es gibt Kräfte elektrischen Ursprungs. Tritt bei Vorhandensein einer elektrischen Ladung auf. Diese Kräfte, wie die Coulomb-Kraft, die Ampere-Kraft, die Lorentz-Kraft, werden im Abschnitt Elektrizität ausführlich besprochen.

Schematische Bezeichnung der auf einen Körper wirkenden Kräfte

Oftmals wird ein Körper als materieller Punkt modelliert. Daher in den Diagrammen verschiedene Punkte Anwendungen werden auf einen Punkt übertragen – in die Mitte, und der Körper wird schematisch als Kreis oder Rechteck dargestellt.

Um Kräfte richtig zu bezeichnen, ist es notwendig, alle Körper aufzulisten, mit denen der untersuchte Körper interagiert. Bestimmen Sie, was als Ergebnis der Interaktion mit jedem passiert: Reibung, Verformung, Anziehung oder vielleicht Abstoßung. Bestimmen Sie die Art der Kraft und geben Sie die Richtung richtig an. Aufmerksamkeit! Die Menge der Kräfte wird mit der Anzahl der Körper übereinstimmen, mit denen die Wechselwirkung stattfindet.

Das Wichtigste, woran man sich erinnern sollte

1) Kräfte und ihre Natur;
2) Richtung der Kräfte;
3) Die wirkenden Kräfte identifizieren können

Es gibt äußere (trockene) und innere (viskose) Reibung. Äußere Reibung entsteht zwischen sich berührenden festen Oberflächen, innere Reibung entsteht zwischen Flüssigkeits- oder Gasschichten während ihrer Relativbewegung. Es gibt drei Arten äußerer Reibung: Haftreibung, Gleitreibung und Rollreibung.

Die Rollreibung wird durch die Formel bestimmt

Die Widerstandskraft entsteht, wenn sich ein Körper in einer Flüssigkeit oder einem Gas bewegt. Die Größe der Widerstandskraft hängt von der Größe und Form des Körpers, der Geschwindigkeit seiner Bewegung und den Eigenschaften der Flüssigkeit oder des Gases ab. Bei niedrigen Bewegungsgeschwindigkeiten ist die Widerstandskraft proportional zur Geschwindigkeit des Körpers

Bei hohen Geschwindigkeiten ist es proportional zum Quadrat der Geschwindigkeit

Betrachten wir die gegenseitige Anziehungskraft eines Objekts und der Erde. Zwischen ihnen entsteht nach dem Gesetz der Schwerkraft eine Kraft

Vergleichen wir nun das Gesetz der Schwerkraft und die Schwerkraft

Die Größe der Erdbeschleunigung hängt von der Masse der Erde und ihrem Radius ab! Somit ist es möglich, anhand der Masse und des Radius dieses Planeten zu berechnen, mit welcher Beschleunigung Objekte auf dem Mond oder einem anderen Planeten fallen werden.

Der Abstand vom Erdmittelpunkt zu den Polen ist geringer als zum Äquator. Daher ist die Erdbeschleunigung am Äquator etwas geringer als an den Polen. Gleichzeitig ist zu beachten, dass der Hauptgrund für die Abhängigkeit der Erdbeschleunigung vom Breitengrad des Gebiets in der Tatsache der Rotation der Erde um ihre Achse liegt.

Wenn wir uns von der Erdoberfläche entfernen, ändern sich die Schwerkraft und die Erdbeschleunigung umgekehrt proportional zum Quadrat der Entfernung zum Erdmittelpunkt.

Themen des Einheitlichen Staatsexamen-Kodifikators: Kräfte in der Mechanik, elastische Kraft, Hookesches Gesetz.

Wie wir wissen, steht auf der rechten Seite des zweiten Newtonschen Gesetzes die Resultierende (d. h. die Vektorsumme) aller auf den Körper ausgeübten Kräfte. Jetzt müssen wir die Wechselwirkungskräfte zwischen Körpern in der Mechanik untersuchen. Es gibt drei Arten: elastische Kraft, Gravitationskraft und Reibungskraft. Wir beginnen mit der elastischen Kraft.

Verformung.

Bei der Verformung von Körpern entstehen elastische Kräfte. Verformung- Dies ist eine Veränderung der Form und Größe des Körpers. Zu den Verformungen zählen Zug, Druck, Torsion, Scherung und Biegung.
Verformungen können elastisch oder plastisch sein. Elastische Verformung verschwindet vollständig, nachdem die Einwirkung der sie verursachenden äußeren Kräfte aufgehört hat, so dass der Körper seine Form und Größe vollständig wiederherstellt. Plastische Verformung bleibt (vielleicht teilweise) bestehen, nachdem die äußere Belastung entfernt wurde, und der Körper kehrt nicht mehr zu seiner vorherigen Größe und Form zurück.

Körperteilchen (Moleküle oder Atome) interagieren miteinander durch Anziehungs- und Abstoßungskräfte elektromagnetischen Ursprungs (das sind Kräfte, die zwischen den Kernen und Elektronen benachbarter Atome wirken). Die Wechselwirkungskräfte hängen von den Abständen zwischen den Teilchen ab. Findet keine Verformung statt, werden die Anziehungskräfte durch die Abstoßungskräfte kompensiert. Bei der Verformung verändern sich die Abstände zwischen den Partikeln und das Gleichgewicht der Wechselwirkungskräfte wird gestört.

Wenn beispielsweise ein Stab gedehnt wird, vergrößern sich die Abstände zwischen seinen Teilchen und die Anziehungskräfte beginnen zu dominieren. Im Gegenteil, wenn der Stab zusammengedrückt wird, verringern sich die Abstände zwischen den Partikeln und abstoßende Kräfte beginnen zu dominieren. In jedem Fall entsteht eine Kraft, die in die entgegengesetzte Richtung zur Verformung gerichtet ist und bestrebt ist, die ursprüngliche Konfiguration des Körpers wiederherzustellen.

Elastische Kraft ist eine Kraft, die bei der elastischen Verformung eines Körpers entsteht und in die entgegengesetzte Richtung zur Verschiebung von Körperpartikeln während des Verformungsprozesses gerichtet ist. Federkraft:

1. wirkt zwischen benachbarten Schichten eines verformten Körpers und wird auf jede Schicht aufgetragen;
2. wirkt von der Seite des verformten Körpers auf den mit ihm in Kontakt stehenden Körper, verursacht die Verformung und wird am Berührungspunkt dieser Körper senkrecht zu ihren Oberflächen ausgeübt (ein typisches Beispiel ist die Stützreaktionskraft).

Die bei plastischen Verformungen auftretenden Kräfte sind keine elastischen Kräfte. Diese Kräfte hängen nicht von der Größe der Verformung ab, sondern von der Geschwindigkeit ihres Auftretens. Studium solcher Kräfte
geht weit über den schulischen Lehrplan hinaus.

IN Schulphysik Berücksichtigt werden die Dehnung von Fäden und Kabeln sowie die Dehnung und Kompression von Federn und Stäben. In all diesen Fällen sind elastische Kräfte entlang der Achsen dieser Körper gerichtet.

Hookes Gesetz.

Die Verformung heißt klein, wenn die Veränderung der Körpergröße viel geringer ist als die ursprüngliche Größe. Bei kleinen Verformungen erweist sich die Abhängigkeit der elastischen Kraft von der Größe der Verformung als linear.

Hookes Gesetz . Absoluter Wert Die elastische Kraft ist direkt proportional zum Ausmaß der Verformung. Insbesondere für eine um einen bestimmten Betrag komprimierte oder gedehnte Feder ergibt sich die elastische Kraft durch die Formel:

(1)

wo ist der Federsteifigkeitskoeffizient.

Der Steifigkeitskoeffizient hängt nicht nur vom Material der Feder ab, sondern auch von deren Form und Größe.

Aus Formel (1) folgt, dass der Graph der elastischen Kraft über der (kleinen) Verformung eine Gerade ist (Abb. 1):

Reis. 1. Hookes Gesetz

Härtekoeffizient - o Neigung in der Geradengleichung. Daher gilt die Gleichheit:

wo ist der Neigungswinkel dieser Geraden zur Abszissenachse. Diese Gleichheit ist praktisch, wenn man die Menge experimentell ermittelt.

Wir betonen noch einmal, dass das Hookesche Gesetz über die lineare Abhängigkeit der elastischen Kraft von der Größe der Verformung nur für kleine Verformungen des Körpers gilt. Wenn die Verformungen nicht mehr klein sind, ist diese Abhängigkeit nicht mehr linear und wird größer komplexes Aussehen. Dementsprechend ist die Gerade in Abb. 1 ist nur ein kleiner Anfangsabschnitt eines krummlinigen Diagramms, das die Abhängigkeit aller Verformungswerte beschreibt.

Elastizitätsmodul.

Im Sonderfall kleiner Verformungen Stangen Es gibt eine detailliertere Formel, die spezifiziert generelle Form(1) Hookesches Gesetz.

Nämlich, wenn ein Stab von Länge und Querschnittsfläche gedehnt oder gestaucht wird
um den Wert , dann gilt für die elastische Kraft folgende Formel:

Hier - Elastizitätsmodul Stabmaterial. Dieser Koeffizient hängt nicht mehr von den geometrischen Abmessungen des Stabes ab. Elastizitätsmodule verschiedene Substanzen sind in den Referenztabellen angegeben.