Упругость в физике

Мы объясним, что такое упругость в физике и какова формула этого свойства. Также примеры и эластичные материалы
Эластичность позволяет материалу возвращаться к своей первоначальной форме при деформации

Что такое эластичность в физике?

Когда в физике мы говорим об эластичности , мы имеем в виду свойство некоторых материалов деформироваться под действием внешней силы, а затем восстанавливать свою первоначальную форму, когда сила исчезает. Такие типы поведения известны как обратимые деформации или память формы

Не все материалы эластичны, а те, которые ломаются, разрушаются или остаются деформированными после действия внешней силы просто не эластичны вообще

Принципы упругости изучает механика деформируемых твердых тел , согласно теории упругости, которая объясняет, как твердое тело деформируется или перемещается в ответ на действующие на него внешние силы

Таким образом, когда эти деформируемые твердые тела получают такую внешнюю силу, они деформируются и накапливают внутри себя количество упругой потенциальной энергии , а значит, и внутренней энергии

Эта энергия после удаления деформирующей силы заставляет твердое тело восстановить свою форму и преобразуется в кинетическую энергию , заставляя его двигаться или вибрировать

Величина внешней силы и коэффициенты упругости деформируемого объекта – это те величины, которые позволяют рассчитать величину деформации, величину упругой реакции и напряжения, накопленные в процессе

Формула упругости в физике

Когда к упругому материалу прикладывается сила, он деформируется или сжимается. Для механики важна величина приложенной силы на единицу площади, которую мы будем называть напряжением (σ)

Степень растяжения или сжатия материала называется деформацией (ϵ) и рассчитывается путем деления длины перемещения твердого тела (ΔL) на его начальную длину (L0), то есть: ϵ = ΔL/L0

С другой стороны, одним из основных законов, управляющих явлением упругости, является Закон Гука . Этот закон был сформулирован в XVII веке физиком Робертом Гуком, когда он изучал пружину и понял, что сила, необходимая для ее сжатия, пропорциональна изменению ее удлинения при приложении этой силы

Этот закон формулируется следующим образом: F = ˗k.x , где F – сила, x – длина сжатия или растяжения, а k – константа пропорциональности (постоянная пружины), выраженная в Ньютонах на метр (Н/м)

Наконец, упругая потенциальная энергия , связанная с упругой силой , представлена формулой: Ep(x) = ½. k.x2

Примеры упругости в физике

Сжатые пружины накапливают потенциальную энергию и после освобождения восстанавливают свою форму.

Эластичность материалов – это свойство, которое мы проверяем каждый день. Вот некоторые примеры:

• Спрингс. Пружины, которые находятся под определенными кнопками или толкают хлеб в тостере вверх, когда он готов, работают на основе упругого напряжения: они сжимаются и накапливают потенциальную энергию, затем они разжимаются и восстанавливают свою форму, подбрасывая тост вверх.
• Кнопки. Кнопки пульта дистанционного управления телевизором работают благодаря эластичности материала, из которого они изготовлены, поскольку они могут сжиматься под действием наших пальцев, активируя находящуюся под ними цепь, а затем возвращаться в исходное положение (немедленно прекращая активировать цепь), готовые к повторному нажатию.
• Жевательная резинка. Смола, из которой сделана жевательная резинка, чрезвычайно эластична, настолько, что мы можем сжать ее между зубами или расширить, наполнив воздухом и сделав насос, при условии, что она сохранит свою более или менее первоначальную форму.
• Обода . Самолет, автомобиль, мотоцикл работают на основе эластичности резины, которая, будучи надутой воздухом , может выдержать огромный вес всего транспортного средства и слегка деформироваться, но без потери памяти формы, тем самым оказывая сопротивление и удерживая транспортное средство в подвешенном состоянии.

Эластичные материалы

Эластичных материалов, способных восстанавливать свою первоначальную форму после частичной или полной деформации, множество: резина, каучук, нейлон , лайкра, латекс, жевательная резинка, шерсть, силикон, пенорезина, графен, стекловолокно, пластик , канат и другие

Эти материалы чрезвычайно полезны в обрабатывающей промышленности, поскольку из них можно изготовить огромное количество приложений и предметов практического назначения