高中物理(第二十一講)彈簧和胡克定律

2020-12-06 跟順哥學物理

跟順哥學物理,今天我們開始學習力的各種形式,首先我們認識彈力。

彈簧繩
彈力鞋

我們日常觀察到的作用力,無論是推、拉、提、舉,還是牽引列車、鍛打工件、打球、射箭等,都是在物體與物體接觸時發生的,這種相互作用力我們稱之為接觸力。我們通常所說的拉力、壓力、支持力等都是接觸力。而接觸力按性質分,可以分為彈力和摩擦力,他們在本質上都是由電磁力引起的。今天要研究的是彈力。

我們通常看到最明顯的彈力,就是彈簧的彈力。

彈簧

物體在力的作用下形狀或者體積發生改變,這種變化叫做形變。有時候物體的形變很小,不易觀察到,有時候物體形變大,容易看到。比如彈簧的形變容易觀察,把手按壓桌子,其形變就不易觀察。

有些物體在形變結束後,撤去作用力,能夠恢復原狀,這種形變叫做彈性形變

如果形變過大,超過一定限度,撤去作用力後物體不能恢復原來的形狀,這個限度叫做彈性限度

發生形變的物體,由於要恢復原狀,對與他接觸的物體會產生力的作用,這種力叫做彈力

放在桌子上的書本,由於受重力的影響,他們之間有彈力,桌子受到書本的壓力,桌子產生形變,當然這種形變十分微小,以至於我們人眼無法辨別。書本受到桌子的支持力,也會發生形變,這種形變我們人眼可能辨別出來。

一般說來,用繩子拉物體時,升值的拉力也屬於彈力,而通常情況下,我們把這種彈力叫做張力

我們知道,彈力的大小和受到的作用力大小有關。

彈簧形變位置

彈簧的受力如圖所示,第一組圖,彈簧靜止時的位置;第二組圖,彈簧受到5牛頓的力,彈簧的形變位置;第三組圖,彈簧受到10牛頓的力,彈簧的形變位置。那麼我要問了,彈簧的形變和受到的力是線性關係嗎?

就是受力和彈簧壓縮多少成比例嗎。通過實驗證明,他們是成比例關係的。

這個比例有一個常數,叫做彈簧的勁度係數(或者叫彈性係數),通常用k來表示。彈力F=kx。這就是胡克定律。

例如上圖,假如我們規定方向向右為正向,那麼就本題來講,力的方向為負,位移也為負,彈簧的恢復力是多少呢?

彈簧的恢復力正好是你壓彈簧的力,第二組圖施加的是5牛,第三組圖施加的是10牛,他們是通過位移和常數的實驗來計算出來的,每一個彈簧都有自己的彈性係數。

它是由英國物理學家,胡克發現的。保持彈簧壓縮必須得力的大小與你壓縮它是程度成比例,這個恢復力正好與你壓縮它的力方向相反,大小相等。

在解題時,一般會給出勁度係數,然後給出位移,很容易算出彈力的大小。

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