Потенційна енергія деформації, безкоштовні курсові, реферати, дипломні роботи

Деформований пружне тіло (наприклад, розтягнута або стиснута пружина) здатне, повертаючись в недеформоване стан, зробити роботу над дотичними з ним тілами. Отже, пружно деформоване тіло має потенційну енергією. Вона залежить від взаємного положення частин тіла, наприклад витків пружини. Робота, яку може зробити розтягнута пружина, залежить від початкового і кінцевого розтягувань пружини. Знайдемо роботу, яку може зробити розтягнута пружина, повертаючись до нерозтягнутому станом, т. Е. Знайдемо потенційну енергію розтягнутої пружини.

Нехай розтягнута пружина закріплена одним кінцем, а другий кінець, переміщаючись, здійснює роботу. Потрібно враховувати, що сила, з якою діє пружина, не залишається постійною, а змінюється пропорційно розтягування. Якщо початкове розтягнення пружини, рахуючи від нерастянутого стану, дорівнювало />. то початкове значення сили пружності становило. де - коефіцієнт пропорційності, який називають жорсткістю пружини. У міру скорочення пружини ця сила лінійно убуває від значення до нуля. Значить, середнє значення сили одно. Можна показати, що робота дорівнює цього середнього, помноженому на переміщення точки прикладання сили:

Таким чином, потенційна енергія розтягнутої пружини

Таке ж вираження виходить для стислої пружини.

У формулі (98.1) потенційна енергія виражена через жорсткість пружини і через її розтягнення. Замінивши на. де - пружна сила, відповідна розтягування (або стискування) пружини. отримаємо вираз

яке визначає потенційну енергію пружини, розтягнутої (або стислій) силою. З цієї формули видно, що, розтягуючи з однієї і тієї ж силою різні пружини, ми повідомимо їм різний запас потенційної енергії: чим жорсткіше пружина, тобто чим більше її пружність, тим менше потенційна енергія; і навпаки: чим м'якше пружина, тим більше енергія, яку вона запасе при даній розтягує, силі. Це можна усвідомити собі наочно, якщо врахувати, що при однакових діючих силах розтягнення м'якої пружини більше, ніж жорсткою, а тому більше і твір сили на переміщення точки прикладання сили, т. Е. Робота.

Ця закономірність має велике значення, наприклад, при влаштуванні різних ресор і амортизаторів: при посадці на землю літака амортизатор шасі, стискаючись, повинен зробити велику роботу, гасячи вертикальну швидкість літака. У амортизаторі з малою жорсткістю стиснення буде більше, зате виникають сили пружності будуть менше і літак буде краще забезпечений від пошкоджень. З тієї ж причини при тугий накачуванні шин велосипеда дорожні поштовхи відчуваються різкіше, ніж при слабкій накачуванні.

Схожі статті