Hvis du strækker en elastik eller et gummidæk til et bestemt punkt, vil den strække sig. Når du slipper spændingen, vil gummiet vende tilbage til sin oprindelige længde. På samme måde, når du strækker en fjeder, vil den strække sig. Når du slipper den, vil den vende tilbage til sin oprindelige længde. En fjeder eller et gummibånd vil strække sig, når det strækkes, og vil vende tilbage til sin oprindelige længde, når spændingen er frigivet, fordi det er elastisk. Elasticitet er et objekts evne til at vende tilbage til sin oprindelige form, når den kraft, der påføres det, fjernes.
Har du nogensinde tygget tyggegummi? Hvis du trækker i tyggegummiet med begge hænder, vil det blive længere. Når du slipper trækket, forbliver tyggegummiets form den samme, eller længden af tyggegummiet vil ikke vende tilbage til sin oprindelige tilstand. Det samme gælder for modellervoks, ler osv. Genstande som tyggegummi, modellervoks og ler kaldes plastikgenstande. Elastiske genstande som fjedre kan også blive plastiske, hvis de trækkes med stor kraft, og overskride deres elasticitetsgrænse.
Hvis fjederen trækkes til højre, vil den strække sig og øges i længde (Figur 1). Hvis trækkraften ikke er særlig stor, viser det sig, at forøgelsen i fjederens længde er proportional med størrelsen af trækkraften (F). Med andre ord, jo større trækkraften er, desto større er forøgelsen i fjederens længde. Forholdet mellem størrelsen af trækkraften (F) og forøgelsen i fjederens længde er en konstant værdi.
Forholdet mellem kraften (F) og forøgelsen i fjederens længde er konstant, hvilket er angivet ved den samme hældning på grafen (figur 2).
k er fjederkonstanten eller fjederens elasticitetskoefficient eller et mål for fjederens fleksibilitet. Denne sammenhæng blev først observeret af Robert Hooke (1635-1703) i 1678, derfor er den kendt som Hookes lov.
Hvis størrelsen af den kraft, der påføres en fjeder, overstiger fjederens elasticitetsgrænse, vil fjederens længde ikke vende tilbage til sin oprindelige længde, efter at kraften er fjernet. Hookes lov gælder kun op til elasticitetsgrænsen . En fjeders elasticitetsgrænse er den maksimale kraft, der kan påføres en fjeder, før fjederen deformeres permanent, og fjederens længde ikke kan vende tilbage til sin oprindelige længde. Hvis kraftens størrelse fortsætter med at stige, vil fjederen blive beskadiget.
Eksempel på soal
1. Nationale eksamensspørgsmål 2018
En pil fastgøres til en buestreng og trækkes derefter tilbage med en kraft på 20 N, så buestrengen strækkes 20 cm. Luftfriktion ignoreres, pilens masse er 250 gram, så pilens hastighed, når den skydes fra buen, er…
Diskussion
Det er kendt:
Kraft (F) = 20 N
Længdeforøgelse ( s) = 20 cm = 0,2 m
Pilens masse (m) = 250 gram = 0,25 kg
Starthastighed (v o ) = 0 m/s
Spurgt: Pilens hastighed, når den skydes med buen
Jawab:
Arbejde (W) = ændring i kinetisk energi ( ΔEK)
W = F s = (20)(0,2) = 4
EK = 1/2 m (vt2 - vo2) = 1/2 m (vt2) = 1/2 (0,25)(vt2) = 1/2 (0,25)(vt2) = 0,125 vt2
W = ΔEK
Fs = 1/2 m ( vt² )
4 = 0,125 v t 2
4/0,125 = vt²
vt² = 32
vt = √32
vt = √(16)(2)
vt = 4√2 m/ s
