Джан дерхъаб! — За процветание всего живого!

Божественная физика. Законы сохранения в механике

Глава 5. Законы сохранения в механике

§48. Работа силы упругости

Работа при растяжении пружины

Сила упругости, как и сила тяжести, является консервативной. Её работа также не зависит от формы траектории и определяется только начальной и конечной деформацией.

Пусть пружину жёсткостью $k$ растянули от $x_1$ до $x_2$. Сила упругости меняется с деформацией по закону Гука $F = -kx$, поэтому работа не равна просто произведению силы на путь — её нужно вычислять как площадь под графиком $F(x)$.

Для силы упругости:

\[A = \frac{kx_1^2}{2} - \frac{kx_2^2}{2}\]

Если пружина возвращается из растянутого состояния в недеформированное ($x_2 = 0$), работа положительна:

\[A = \frac{kx^2}{2}\]

Потенциальная энергия упруго деформированного тела

Величина $\frac{kx^2}{2}$ — это потенциальная энергия упруго деформированной пружины:

\[E_{\text{п}} = \frac{kx^2}{2}\]

Работа силы упругости равна изменению потенциальной энергии, взятому с обратным знаком:

\[A = -\Delta E_{\text{п}}\]

Консервативность силы упругости

Как и сила тяжести, сила упругости — консервативная сила. Её работа не зависит от пути, а определяется только начальной и конечной деформацией. Это позволяет ввести для неё потенциальную энергию.


Вопросы для повторения

  1. Запишите формулу работы силы упругости.
  2. Чему равна потенциальная энергия деформированной пружины?
  3. Как связана работа силы упругости с изменением потенциальной энергии?
  4. Почему сила упругости является консервативной?
  5. Какую работу совершает сила упругости при возвращении пружины в недеформированное состояние?
← Назад Вперед →
Математика — язык Бога, физика с химией — слово Его.