הוק'ס געזעץ און עלאַסטיסיטי – פּראָבלעמען און לייזונגען
די ענדערונג אין לענג
1. א שטאנג האט א לענג פון L, געצויגן דורך א קראפט פון F. די מאס פון פארלענגערונג איז ∆L. וואס איז די מאס פון דער קראפט אויב די ענדערונג אין לענג איז 4∆L.
באַקאַנט:
קראַפט 1 (F1 ) = F
די ענדערונג אין לענג 1 (∆L1 ) = ∆L
די ענדערונג אין לענג 2 (∆L2 ) = 4 ∆L
געזוכט: קראַפט 2 (F 2 )
לייזונג:
די גלייכונג פון הוק'ס געזעץ
k = F / ΔL
k = קאָנסטאַנט פון עלאַסטיסיטי, F = קראַפט פון F, ΔL = די ענדערונג אין לענג
ק 1 = ק 2
F1 / ∆L1 = F2 / ∆L2
F / ΔL = F2 / 4ΔL
פֿ / 1 = פֿ 2 / 4
פֿ = פֿ 2 / 4
F2 = 4F
2.
די פֿעדערן זענען פֿאַרבונדן אין סעריע-פּאַראַלעל, ווי געוויזן אין דער פֿיגור אונטן. פֿעדער 1 האט אַ קאָנסטאַנטע 200 N/m, פֿעדער 2 האט אַ קאָנסטאַנטע 200 N/m און פֿעדער 3 האט אַ קאָנסטאַנטע 200 N/m. די מאַסע פֿון דעם אָביעקט איז 100 גראַם און אַקסעלעריישאַן רעכט צו ערלעכקייט איז 10 מעטער/סעקונדע2וואָס איז די ענדערונג אין לענג פון די עקוויוואַלענט פרילינג.
באַקאַנט:
די מאַסע פֿון דעם אָביעקט (מ) = 100 גראַם = 0.1 ק"ג
ק 1 = ק 2 = ק 3 = 200 נ/מ
w = mg = (0.1 ק"ג)(10 מ/ס² ) = 1 ק"ג מ/ס² = 1 ניוטאן
געוואָלט: די ענדערונג אין לענג פון דער עקוויוואַלענטער פעדער.
לייזונג:
באַשטימען דעם עקוויוואַלענט פרילינג קאָנסטאַנט:
פעדער 2 (k² ) און פעדער 3 (k³ ) זענען פארבונדן אין פּאַראַלעל. די עקוויוואַלענטע פעדער קאָנסטאַנטע:
k p = k2 + k3 = 200 + 200 = 400 נ״מ −1
פעדער 1 (k1 ) און פעדער p (kP ) זענען פארבונדן אין סעריע. די עקוויוואַלענטע פעדער קאָנסטאַנטע:
1/k s = 1/k p + 1/k 1 = 1/400 + 1/200 = 1/400 + 2/400 = 3/400
ק ס = 400/3 נ״מ −1
די עקוויוואַלענטע פֿעדער קאָנסטאַנט איז 400/3 Nm -1
באַשטימען די ענדערונג אין לענג פון דער עקוויוואַלענטער פֿעדער:
די גלייכונג פון הוק'ס געזעץ:
∆x = F / k = w / k
די ענדערונג אין לענג פון דער עקוויוואַלענטער פֿעדער:
∆x = w / k
∆x = 1 : 400/3 = 1 x 3/400 = 3/400 = 0.0075 מעטער = 0.75 סענטימעטער
די קאָנסטאַנטע פון פרילינג
3. וואָס איז די קאָנסטאַנטע פֿון אַ פֿרילינג לויט די דאַטן אין דער טאַבעלע אונטן.

לייזונג:
די גלייכונג פון הוק'ס געזעץ:
k = F / Δx
קאָנסטאַנט פון פרילינג:
k = 0.98 / 0.0008 = 1.96 / 0.0016 = 2.94 / 0.0024 = 3.92 / 0.0032 = 1.225 נ/מ
4. דריי פֿעדערן זענען פֿאַרבונדן אין סעריע-פּאַראַלעל ווי געוויזן אין דער פֿיגור אונטן. די קאָנסטאַנטן פֿון דער פֿעדער k1 = k2 = 3 Nm −1 און k3 = 6 Nm −1 . וואָס איז די קאָנסטאַנט פֿון דעם עקוויוואַלענט פֿון דער פֿעדער?
באַקאַנט:
קאָנסטאַנט פֿון פֿעדער 1 (k1 ) = קאָנסטאַנט פֿון פֿעדער 2 (k2 ) = 3 Nm −1
קאָנסטאַנט פֿון פֿעדער 3 (k3 ) = 6 Nm −1
געוואָלט: קאָנסטאַנט פֿון דער עקוויוואַלענטער פֿעדער (k)
לייזונג:
פעדער 1 (k1 ) און פעדער 2 (k2 ) זענען פארבונדן אין פּאַראַלעל. די קאָנסטאַנט פון דער עקוויוואַלענטער פעדער:
k p = k1 + k2 = 3 + 3 = 6 נ״מ −1
פעדער p (kP ) און פעדער 3 (k3 ) זענען פארבונדן אין סעריע. די קאנסטאנט פון דער עקוויוואלענטער פעדער:
1/k s = 1/k p + 1/k 3 = 1/6 + 1/3 = 1/6 + 2/6 = 3/6
k s = 6/2 = 3 נ״מ −1
די קאָנסטאַנטע פֿון דעם עקוויוואַלענט פֿון אַ פֿעדער = 3 נ״מ −1.
5. א פעדער מיט לענג L, געצויגן דורך וואָג w. לויט די דאַטן אין דער טאַבעלע אונטן, וואָס איז די קאָנסטאַנט פון דער עקוויוואַלענטער פעדער:

לייזונג:
k = F / Δx
קאָנסטאַנט פון פרילינג:
k = 10 / 0.02 = 20 / 0.04 = 30 / 0.06 = 40 / 0.08 = 500 נ/מ
6. לויט די דאַטן אין דער טאַבעלע אונטן, וואָס איז די קאָנסטאַנטע פון דער עקוויוואַלענטער פֿעדער:

לייזונג:
ק = F / Δקס = וו / Δקס = מג / Δקס
k = קאָנסטאַנט פון עלאַסטיסיטי, w = וואָג, m = מאַסע, g = אַקסעלעראַציע רעכט צו גראַוויטאַציע, Δx = די ענדערונג אין לענג
פרילינג קאָנסטאַנט:
k = 2 / 0.05 = 4 / 0.1 = 6 / 0.15 = 8 / 0.20 = 10 / 0.25 = 40 נ/מ
7. אויב k 1 = 4k, וואָס איז די קאָנסטאַנטע פֿון דער עקוויוואַלענטער פֿעדער?
לייזונג:
צוויי פֿעדערן זענען פֿאַרבונדן פּאַראַלעל. די קאָנסטאַנט פֿון דער עקוויוואַלענטער פֿעדער:
ק פּ = ק + ק = 2ק
צוויי פֿעדערן זענען פֿאַרבונדן אין סעריע. די קאָנסטאַנט פֿון דער עקוויוואַלענטער פֿעדער
1 / ק s = 1 / ק פּ + 1 / ק 1 = 1 / 2 ק + 1 / 4 ק = 2 / 4 ק + 1 / 4 ק = 3 / 4 ק
ק ס = 4ק/3
8. לויט די דאַטן אין דער טאַבעלע אונטן, וואָס איז די קאָנסטאַנטע פון דער עקוויוואַלענטער פֿעדער:

לייזונג:
די גלייכונג פון הוק'ס געזעץ:
k = F / ΔL
קאָנסטאַנט פון פרילינג:
k = 2 / 0.0050 = 3 / 0.0075 = 4 / 0.01 = 400 נ״מ -1
9. די קלענסטע קאָנסטאַנטע איז...

באַשייד
די גלייכונג פון הוק'ס געזעץ:
k = F / Δx
k = קאָנסטאַנט פון עלאַסטיסיטי, F = קראַפט, Δx = די ענדערונג אין לענג
קאָנסטאַנט פון עלאַסטיסיטי:
k A = F / Δx = 1 / 0.05 = 20 N/m
k B = F / Δx = 2 / 0.025 = 80 N/m
kC = F / Δx = 1 / 0.025 = 40 N/ m
k D = F / Δx = 2 / 0.05 = 40 N/m
k E = F / Δx = 2 / 0.25 = 8 N/m
10. וואָס איז די גרעסטע קאָנסטאַנטע לויט די דאַטן אין דער טאַבעלע אונטן.

לייזונג:
די גלייכונג פון הוק'ס געזעץ:
k = F / Δx
ק א = 7 / 0.035 = 200 נ״מ -1
ק ב = 8 / 0.025 = 320 נ״מ -1
ק C = 6 / 0.020 = 300 נ״מ -1
ק ד = 9 / 0.045 = 200 נ״מ -1
k E = 10 / 0.033 = 303 נ״מ -1
די גרעסטע קאָנסטאַנטע איז 320 נ״מ -1.
11. די גראַפיק אונטן ווייזט די פֿאַרבינדונג צווישן דער ענדערונג אין קראַפט (ΔF) און דער פאַרגרעסערונג אין לענג (Δx). וואָס איז די גראַפיק וואָס ווייזט די קלענסטע קאָנסטאַנטע פון עלאַסטיסיטי?

באַשייד
די גלייכונג פון הוק'ס געזעץ:
k = F / Δx
Δx = די ענדערונג אין לענג, F = קראַפט, k = קאָנסטאַנט פון עלאַסטיסיטי
קאָנסטאַנט פון עלאַסטיסיטי:
k A = F / Δx = 1 / 8 = 0.125
ק ב = F / Δקס = 8 / 3 = 2.7
kC = F / Δx = 6 / 6 = 1
ק ד = פ / Δx = 3 / 5 = 0.6
k E = F / Δx = 2 / 4 = 0.5
12. וועלכע גראַף h האט די גרעסטע עלאַסטישע קאָנסטאַנטן?

לייזונג:
קאָנסטאַנט פון עלאַסטיסיטי :
k A = F / Δx = 50 / 10 = 5
ק ב = F / Δקס = 50 / 0.1 = 500
kC = F / Δx = 5 / 0.1 = 50
ק ד = פ / Δx = 500 / 0.1 = 5000
k E = F / Δx = 500 / 10 = 50
די פּאָטענציעלע ענערגיע פון פרילינג:
13. די גראַפיק אונטן ווייזט די באַציִונג צווישן קראַפט און די ענדערונג אין פֿעדער לענג. וואָס איז די פּאָטענציעלע ענערגיע פֿון פֿעדער, לויט די גראַפיק אונטן.
באַקאַנט:
F = 40N
x = 0.08 מעטער
געוואָלט : די פּאָטענציעלע ענערגיע פון פרילינג
לייזונג:
קאָנסטאַנט פון פרילינג:
k = F / Δx = 40 / 0.08 = 500 N/m
די פּאָטענציעלע ענערגיע פון פרילינג:
פּע = 1/2 קקס 2 = 1/2 (500) (0.08) = (250) (0.08) = 20 דזשאָולס
14. א 2-קילאגראַם בלאָק איז אַטאַטשט צו אַ פֿעדער. אויב די לענג פֿון דער פֿעדער פֿאַרגרעסערט זיך מיט 5 סענטימעטער און די אַקסעלעראַציע צוליב גראַוויטאַציע איז 10 מעטער/סעקונדע 2 , וואָס איז די פּאָטענציעלע ענערגיע פֿון דער פֿעדער?
באַקאַנט:
די פארגרעסערונג אין לענג (Δx) = 5 ס״מ = 0.05 מעטער
אַקסעלעראַציע צוליב גראַוויטאַציע (g) = 10 m/ s²
בלאָק'ס מאַסע (מ) = 2 ק"ג
בלאָק'ס וואָג (w) = מג = (2)(10) = 20 ניוטאָן
געוואָלט: די פּאָטענציעלע ענערגיע פון פרילינג
לייזונג:
די קאָנסטאַנט פון עלאַסטיסיטי:
k = w / Δx = 20 / 0.05 = 400 N/m
די פּאָטענציעלע ענערגיע פון פרילינג:
פּע = ½ ק Δקס 2 = ½ (400) (0.05) 2 = (200) (0.0025)
PE = 0.5 דזשול
15. די ענדערונג אין לענג פון דער פעדער איז 5 ס״מ ווען מען ציט עס מיט א 20-N קראפט. וואָס איז די פּאָטענציעלע ענערגיע פון דער פעדער ווען די ענדערונג אין לענג פון דער פעדער איז 10 ס״מ?
באַקאַנט:
די ענדערונג אין לענג (Δx) = 5 ס״מ = 0.05 מעטער
קראַפט (F) = 20 ניוטאָן
געוואָלט : די פּאָטענציעלע ענערגיע פון פרילינג
לייזונג:
די קאָנסטאַנטע פון פרילינג:
k = F / Δx = 20 / 0.05 = 400 N/m
די פּאָטענציעלע ענערגיע פון אַ פרילינג ווען Δx = 10 סענטימעטער = 0.1 מעטער:
פּע = ½ ק Δקס 2 = ½ (400) (0.1) 2 = (200) (0.01)
PE = 2 דזשול
וואָג פֿון אָביעקט
16. פיר פֿעדערן וואו די קאָנסטאַנט פֿון יעדער פֿעדער איז 800 N/m, פֿאַרבונדן אין סעריע-פּאַראַלעל, ווי געוויזן אין פֿיגור. אַ בלאָק איז פֿאַרבונדן צו דער פֿעדער. די ענדערונג אין לענג פֿון אַלע פֿעדערן איז 5 ס״מ. וואָס איז די וואָג פֿון די בלאָקס?
באַקאַנט:
k1 = k2 = k3 = k4 = 800 Nm −1
Δx = 5 ס״מ = 0.05 מעטער
געוואָלט: בלאָק'ס וואָג (וואָג)
לייזונג:
באַשטימען די קאָנסטאַנט פון דער עקוויוואַלענטער פֿעדער
פרילינג 1 (ק1), פרילינג 2 (ק2) און פרילינג 3 (ק3) זענען פארבונדן אין פּאַראַלעל. די קאָנסטאַנט פון דער עקוויוואַלענטער פֿעדער:
k p = k1 + k2 + k3 = 800 + 800 + 800 = 2400 נ״מ −1
פעדער p (kP ) און פעדער 4 (k4 ) זענען פארבונדן אין סעריע. די קאנסטאנט פון דער עקוויוואלענטער פעדער:
1/k s = 1/k p + 1/k 4 = 1/2400 + 1/800 = 1/2400 + 3/2400 = 4/2400
k s = 2400/4 = 600 נ״מ −1
די קאָנסטאַנטע פֿון דער עקוויוואַלענטער פֿעדער איז 600 נ״מ -1
באַשטימען די וואָג פון דעם אָביעקט:
די גלייכונג פון הוק'ס געזעץ:
F = k Δx אדער w = k Δx
וואָג פון אָביעקט:
w = (600 נ״מ -1 )(0.05 מ) = 30 ניוטאָן
17. פיר פֿעדערן זענען פֿאַרבונדן אין סעריע-פּאַראַלעל. די קאָנסטאַנט פֿון יעדער פֿעדער איז 1600 N/m. אַ בלאָק איז באַפֿעסטיקט אין סוף פֿון דער פֿעדער, ווי געוויזן אין דער פֿיגור. די לענג פֿון אַלע פֿעדערן איז 5 ס״מ. וואָס איז די וואָג פֿון די בלאָקס?
באַקאַנט:
k1 = k2 = k3 = k4 = 1600 Nm −1
Δx = 5 ס״מ = 0.05 מעטער
געוואָלט: וואָג פון בלאָק
לייזונג:
באַשטימען די קאָנסטאַנט פון דער עקוויוואַלענטער פֿעדער
פרילינג 1 (ק1), פרילינג 2 (ק2) און פרילינג 3 (ק3) זענען פארבונדן אין פּאַראַלעל. די קאָנסטאַנט פון דער עקוויוואַלענטער פֿעדער:
kP = k1 + k2 + k3 = 1600 + 1600 + 1600 = 4800 נ״מ −1
פעדער p (kP ) און פעדער 4 (k4 ) זענען פארבונדן אין סעריע. די קאנסטאנט פון דער עקוויוואלענטער פעדער:
1/k s = 1/k p + 1/k 4 = 1/4800 + 1/1600 = 1/4800 + 3/4800 = 4/4800
k s = 4800/4 = 1200 נ״מ −1
די קאָנסטאַנטע פֿון דער עקוויוואַלענטער פֿעדער איז 1200 נ״מ -1
באַשטימען די וואָג פון דעם אָביעקט:
די גלייכונג פון הוק'ס געזעץ:
F = k Δx אדער w = k Δx
וואָג פון אָביעקט:
w = (1200 נ״מ -1 )(0.05 מ) = 60 ניוטאָן
- וואָס איז הוק'ס געזעץ?
- ענטפער: הוק'ס געזעץ באשרייבט די באַציִונג צווישן דער קראַפט וואָס ווערט אָנגעווענדט צו אַן עלאַסטישן אָביעקט און די רעזולטירנדיקע דעפאָרמאַציע (געוויינטלעך פֿאַרלענגערונג אָדער קאַמפּרעסיע). ספּעציפֿיש, זאָגט עס אַז די קראַפט וואָס איז נויטיק צו קאַמפּרעסירן אָדער אויסשטרעקן אַ פֿעדער איז גלייך פּראָפּאָרציאָנעל צו דער דיסטאַנץ וואָס עס ווערט אויסגעצויגן אָדער קאַמפּרעסט, מיט דער באַדינגונג אַז דער עלאַסטישער גרענעץ ווערט נישט איבערגעשטיגן.
- וואָס מיינט עס ווען מיר זאָגן אַז אַ מאַטעריאַל האָט דערגרייכט זײַן עלאַסטישן גרענעץ?
- ענטפער: ווען אַ מאַטעריאַל האָט דערגרייכט זײַן עלאַסטישן גרענעץ, מיינט דאָס אַז עס וועט מער נישט צוריקקומען צו זײַן אָריגינעלער פֿאָרעם אָדער גרייס נאָכדעם ווי די דעפֿאָרמירנדיקע קראַפֿט ווערט אַוועקגענומען. ווײַטער פֿון דעם פּונקט, פֿירט זיך דער מאַטעריאַל פּלאַסטיש און קען ווערן שטענדיק דעפֿאָרמירט.
- ווי אזוי איז די פעדער קאנסטאנטע (k) פארבונדן מיט די שטייפקייט פון א פעדער?
- ענטפער: די פֿעדער קאָנסטאַנט (k) איז אַ מאָס פֿון אַ פֿעדער'ס שטייפֿקייט. אַ גרעסערע ווערט פֿון k ווײַזט אויף אַ שטייפֿערע פֿעדער, וואָס מיינט אַז מער קראַפֿט איז נויטיק צו דעפֿאָרמירן עס אַ געגעבענע מאָס, בשעת אַ קלענערע k ווײַזט אויף אַ מער פֿאָלגזאַמען אָדער ווייכערע פֿעדער.
- וואָס זענען די איינסן פון דער פֿעדער קאָנסטאַנט אין דער SI סיסטעם?
- ענטפער: אין דער SI סיסטעם, די איינסן פאר דער פרילינג קאנסטאנט (k) זענען ניוטאנס פער מעטער (N/m).
- פארוואס ווערט די אויפפירונג וואס ווערט באשריבן דורך הוק'ס געזעץ באטראכט אלס לינעאר?
- ענטפער: די אויפפירונג ווערט באטראכט לינעאר ווייל די באַציִונג צווישן דער קראַפט וואָס ווערט אָנגעווענדט (F) און די פֿאַרשייבונג (x) איז אַ גלייכע ליניע, מיט דער באַציִונג געגעבן ווי , וואו k איז אַ קאָנסטאַנט פֿאַר אַ געגעבענעם מאַטעריאַל אָדער פֿעדער.
- איז הוק'ס געזעץ נאָר אָנווענדלעך צו קוואַלן?
- ענטפער: ניין, הוק'ס געזעץ איז אָנווענדלעך צו יעדן עלאַסטישן מאַטעריאַל וואָס דעפאָרמירט לינעאַר מיט דער אָנגעווענדטער קראַפט, ביז זיין עלאַסטישן גרענעץ. כאָטש פֿעדערן זענען אַ געוויינטלעכער בייַשפּיל, קענען אַנדערע מאַטעריאַלן ווי גומע בענדער, מעטאַלן אונטער קליינע דעפאָרמאַציעס, און עטלעכע ביאָלאָגישע געוועבן אויך ווייַזן נאַטור באַשריבן דורך הוק'ס געזעץ.
- וואָס פּאַסירט אויב אַ מאַטעריאַל ווערט אויסגעצויגן ווייטער פֿון זײַן עלאַסטישן גרענעץ אָבער נישט גענוג צו צעברעכן?
- ענטפער: אויב אַ מאַטעריאַל ווערט אויסגעצויגן ווייטער פון זײַן עלאַסטישן גרענעץ אָבער נישט ביזן פּונקט פון צעברעכן, וועט עס דורכגיין פּלאַסטישע דעפאָרמאַציע. דאָס מיינט אַז ווען די קראַפט ווערט אַוועקגענומען, וועט דער מאַטעריאַל נישט צוריקקומען גאָר צו זײַן אָריגינעלער פֿאָרעם, און עס וועט בלײַבן אַ געוויסע שטענדיקע דעפאָרמאַציע.
- ווי אזוי זענען די קאנצעפטן פון סטרעס און שפּאַנונג פארבונדן מיט הוק'ס געזעץ?
- ענטפער: שפּאַנונג איז די קראַפט וואָס ווערט אָנגעווענדט פּער איינהייט שטח, און שפּאַנונג איז די רעלאַטיווע דעפאָרמאַציע פון אַ מאַטעריאַל. הוק'ס געזעץ אין טערמינען פון שפּאַנונג און שפּאַנונג זאָגט אַז די שפּאַנונג איז גלייך פּראָפּאָרציאָנעל צו דער שפּאַנונג, מיט די פּראָפּאָרציאָנאַליטעט קאָנסטאַנט זייענדיק דעם מאַטעריאַל'ס יאַנג'ס מאָדולוס. דאָס איז נאָך אַ וועג צו אויסדריקן די לינעאַרע באַציִונג צווישן קראַפט און דעפאָרמאַציע, אָבער פֿאַר גרויסע מאַטעריאַלן אַנשטאָט נאָר פֿעדערן.
- וואָס איז יאַנג'ס מאָדולוס און ווי איז עס פֿאַרבונדן מיט עלאַסטיסיטי?
- ענטפער: יאָנגס מאָדולוס, רעפּרעזענטירט געוויינטלעך דורך דעם אות , איז אַ מאָס פון אַ מאַטעריאַל'ס שטייפקייט אין טערמינען פון שפּאַנונג אָדער קאַמפּרעסיע. עס באַשרײַבט די מאַטעריאַל'ס פיייקייט צו אַנטקעגנשטעלן זיך דעפאָרמאַציע אונטער אַן אַפּליצירטער קראַפט. אַ העכערער יאַנג'ס מאָדולוס ווײַזט אויף אַ שטייפערן מאַטעריאַל, און עס איז דעפינירט ווי די פאַרהעלטעניש פון דרוק צו שפּאַנונג.
- קען מען באשרייבן אלע מאטעריאלן לויט הוק'ס געזעץ?
- ענטפער: ניין, נישט אַלע מאַטעריאַלן פירן זיך לויט הוק'ס געזעץ. פילע מאַטעריאַלן, ספּעציעל די וואָס זענען נישט-לינעאַר, וויסקאָעלאַסטיש, אָדער פּלאַסטיק, ווייַזן נישט קיין לינעאַרע באַציִונג צווישן דרוק און שפּאַנונג. הוק'ס געזעץ איז אַן אידעאַליזירטע באַשרייַבונג און איז מערסט פּינקטלעך פֿאַר קליינע דעפאָרמאַציעס פון עלאַסטישע מאַטעריאַלן.