القوة المرنة: ما تتكون منها ، الصيغ والتمارين - جسدي - بدني - 2026

و القوة المرنة هي القوة التي كائن يمارس لمقاومة التغيير في شكله. يتجلى في كائن يميل إلى استعادة شكله عندما يكون تحت تأثير قوة تشوه.

تسمى القوة المرنة أيضًا بقوة الاستعادة لأنها تعارض التشوه لإعادة الكائنات إلى وضع التوازن. يتم نقل القوة المرنة من خلال الجسيمات التي تتكون منها الأجسام.

قوة الربيع المرنة

على سبيل المثال ، عندما يتم ضغط زنبرك معدني ، يتم بذل قوة تدفع جزيئات الزنبرك ، مما يقلل من الفصل بينها ، وفي نفس الوقت تقاوم الجسيمات الدفع عن طريق ممارسة قوة معاكسة للضغط.

إذا تم سحب الزنبرك وتمدده بدلاً من ضغطه ، فسيتم فصل الجزيئات التي يتكون منها أكثر. وبالمثل ، فإن الجسيمات تقاوم الانفصال عن طريق ممارسة قوة معاكسة للتمدد.

تسمى الأشياء التي لها خاصية استعادة شكلها الأصلي بمقاومة قوة التشوه الأجسام المرنة. تعتبر النوابض والأربطة المطاطية وحبال البنجي أمثلة للأجسام المرنة.

ما هي القوة المرنة؟

القوة المرنة (F _k) هي القوة التي يبذلها الجسم لاستعادة حالته من التوازن الطبيعي بعد تأثره بقوة خارجية.

لتحليل القوة المرنة ، سيتم أخذ نظام كتلة الزنبرك المثالي في الاعتبار ، والذي يتكون من نوابض موضوعة أفقيًا مثبتة في أحد طرفي الجدار وفي الطرف الآخر بكتلة ذات كتلة لا تذكر. لن يتم أخذ القوى الأخرى المؤثرة على النظام ، مثل قوة الاحتكاك أو قوة الجاذبية ، في الاعتبار.

إذا تم ممارسة قوة أفقية على الكتلة ، موجهة نحو الحائط ، يتم نقلها نحو الزنبرك ، وضغطها. ينتقل الربيع من موضع توازنه إلى موضع جديد. نظرًا لأن الجسم يميل إلى البقاء في حالة توازن ، فإن القوة المرنة في الربيع التي تعارض القوة المطبقة تتجلى.

يشير الإزاحة إلى مدى تشوه الزنبرك وتتناسب القوة المرنة مع هذا الإزاحة. عندما يتم ضغط الزنبرك ، يزداد التباين في الموضع وبالتالي تزداد القوة المرنة.

كلما زاد ضغط الزنبرك ، زادت القوة المعاكسة له حتى يصل إلى نقطة حيث القوة المطبقة وتوازن القوة المرنة ، وبالتالي يتوقف نظام كتلة الزنبرك عن الحركة. عندما تتوقف عن استخدام القوة ، فإن القوة الوحيدة المؤثرة هي القوة المرنة. تعمل هذه القوة على تسريع الزنبرك في الاتجاه المعاكس للتشوه حتى يستعيد التوازن.

يحدث الشيء نفسه عند تمديد الزنبرك ، وسحب الكتلة أفقيًا. يتم شد الزنبرك ويمارس على الفور قوة تتناسب مع الإزاحة التي تعارض التمدد.

الصيغ

يتم التعبير عن صيغة القوة المرنة بواسطة قانون هوك. ينص هذا القانون على أن القوة الخطية المرنة التي يمارسها جسم ما تتناسب مع الإزاحة.

F _ك = -k.Δ ث

F _ك = القوة المرنة

قانون هوك. قوة مرنة تتناسب مع التمدد.

تشير العلامة السالبة في المعادلة إلى أن القوة المرنة للربيع في الاتجاه المعاكس للقوة التي تسببت في الإزاحة. ثابت التناسب k ثابت يعتمد على نوع المادة التي يتكون منها الزنبرك. وحدة الثابت k هي N / m.

الأجسام المرنة لها حد مرونة يعتمد على ثابت التشوه. إذا امتد إلى ما بعد الحد المرن ، فسوف يتشوه بشكل دائم.

تنطبق المعادلة y على عمليات النزوح الصغيرة في الربيع. عندما تكون الإزاحات أكبر ، تتم إضافة شروط ذات قوة أكبر لـ x.

تشير الطاقة الحركية والطاقة الكامنة إلى قوة مرنة

تعمل القوة المرنة على الزنبرك بتحريكه نحو وضع توازنه. خلال هذه العملية ، تزداد الطاقة الكامنة لنظام كتلة الربيع. يتم التعبير عن الطاقة الكامنة الناتجة عن الشغل الذي تقوم به القوة المرنة في المعادلة.

يتم التعبير عن الطاقة الكامنة بالجول (J).

عندما لا يتم تطبيق قوة التشوه ، يتسارع الزنبرك نحو وضع التوازن ، مما يقلل الطاقة الكامنة ويزيد الطاقة الحركية.

يتم تحديد الطاقة الحركية لنظام الزنبرك الكتلي ، عندما تصل إلى وضع التوازن ، بالمعادلة.

ثابت الربيع k هو 35N / m.

يتطلب 1.75 نيوتن من القوة لتشويه الزنبرك بمقدار 5 سم.

ما ثابت انحراف زنبرك ممتد بمقدار 20 سم بفعل قوة 60 نيوتن؟

ثابت الزنبرك هو 300 نيوتن / م

الحصول على الطاقة الكامنة

ما هي الطاقة الكامنة المشار إليها في الشغل الذي تقوم به القوة المرنة لنابض مضغوط بمقدار 10 سم وثابت تشوهه 20 نيوتن / م؟

القوة المرنة للزنبرك هي -200n.

تعمل هذه القوة على الزنبرك لتحريكه نحو وضع توازنه. يؤدي القيام بهذا العمل إلى زيادة الطاقة الكامنة للنظام.

يتم حساب الطاقة الكامنة بالمعادلة

المراجع

1. Kittel، C، Knight، WD and Ruderman، M A. Mechanics. الولايات المتحدة: ماك جراو هيل ، 1973 ، المجلد الأول.
2. راما ريدي ، ك ، بادامي ، إس بي وبالاسوبرامانيان ، في التذبذبات والأمواج. الهند: مطبعة الجامعات ، 1994.
3. مورفي ، ج.فيزياء: فهم خصائص المادة والطاقة. نيويورك: Britannica Educational Publishing ، 2015.
4. جيوردانو ، إن جيه كوليدج فيزياء: التفكير والعلاقات. كندا: Brooks / Cole ، 2009.
5. ووكر ، جيه ، هاليداي ، د وريسنيك ، ر. أساسيات الفيزياء. الولايات المتحدة: وايلي ، 2014.