如何計算彈簧的彈性勢能,如何計算彈簧的彈性勢能

時間 2021-05-05 20:57:31

1樓:匿名使用者

彈簧的彈性勢能表示式e=(1/2)*kx^2

設想在重力作用下,乙個物體緩慢從地面公升至高度h處。

在有限高度內,重力可視為恒量mg。不隨高度的變化而變化。

因此 重力對物體所做的功為 -mgh。(重力與位移方向相反,所以功為負)

重力屬於保守力,保守力所做的功 + 保守力勢能 = 常量。

因此,重力勢能的表示式為 mgh。(以地面為勢能零點)

------------------------------

而對乙個彈性系統,彈性恢復力 f = - kx。

(k為彈性恢復係數,x表示離開平衡位置的距離)。

與重力不同,彈性恢復力不是常量,隨著位移x的變化而變化。

因此 這個題目需要微積分知識的基礎。

距離平衡位置為x時,恢復力為 f = -kx,負號表示恢復力的方向是指向平衡位置。其中k為彈性恢復係數。

從平衡位置 到達x位置,恢復力所做的功為 恢復力與位移乘積 從0到x 的定積分。即

w = ∫f*dx = ∫-kx * dx = -kx^2/2 (從0到x)= - kx^2/2 - 0 = - kx^/2

恢復力屬於彈性系統的內力,和重力一樣,也屬於保守力。

保守力所做的功 = 保守勢能變化的負值

以平衡位置為勢能零參考點。因此

彈性勢能 e = -w = kx^2/2

做 f---x 關係曲線。從這條直線的 起點和終點 分別向x軸做垂線。

那麼由 這兩條垂線、x軸、f--x曲線 圍成了乙個閉合圖形。

這個圖形的面積 就是 力f所做的功 w。

上面講的這段 在中學 接觸過沒?如果沒有的話,那就直接承認。對於知識儲備不足而尚不能證明的理論,先暫且直接承認,這也是常用的學習方法。

對於本題目,

以 彈性力 f = -kx 作為y軸,

以 伸縮量 x 作為 x軸

f--x「曲線」是通過座標原點的一條直線。

經從該直線的起點和終點向x軸做投影後,得到第四象限的乙個三角形。

三角形的面積為

s = 底*高/2 = (x-0)*kx/2 = kx^2/2

由於力的方向與位移方向相反(同時也因為是在x軸下方),所以 f所做的功是面積的負值,即

w = -s = -kx^2/2

而彈性勢能為

e = -w = kx^2/2

為什麼說影象的面積就是彈簧彈性勢能呢?

彈性勢能的公式是中學階段乙個非常「基本」的物理公式,但在教科書上卻見不到其推導過程。原因就在於其推導過程超出了中學生的知識範圍。

求知慾強的學生 總是希望能知道其推導過程。但是把推導過程給出後,因為知識基礎不夠用,所以看不懂,會產生各種疑問。當這些疑問解決不了的時候,希望不要心急,因為你的知識儲備不足。

簡單回答你的疑問。

因變數f作為自變數x的函式,該曲線下的面積 就是 f所做的功。這是乙個數學結論。

你可以設想,假設 f 是乙個常量。那麼經過位移 x-x0後,f所做的功就是 f*(x-x0)。現在把這個結論數學化!

依然做 f-x函式圖象。那麼圖象是一條與 x 軸平行的直線。該直線距離x軸的距離就是f。

因此 功 f(x-x0) 就在該函式圖象上對應著 乙個矩形的面積,而該矩形由從f直線的起點和終點向x軸做投影而形成。

上一段討論中 f 是乙個常量。f所做的功的表示式也因此很簡單。而當 函式圖象不在是與x軸平行時,f所做的功就等於 f關於x的積分。

而「積分」這個數學概念在中學階段還沒有接觸,所以你會很難理解。而在數學上,「積分」的結果依然是函式曲線向x軸做投影後所圍成的圖形的面積。

2樓:物理大神

高中物理,彈性勢能大小,如何比價?

3樓:我的穹妹

計算彈簧的彈性勢能公式:

彈性勢能簡介:發生彈性形變的物體的各部分之間,由於有彈力的相互作用,也具有勢能,這種勢能叫做彈性勢能(elastic potential energy)。同一彈性物體在一定範圍內形變越大,具有的彈性勢能就越多,反之,則越小。

4樓:

中學階段的彈性勢能不需要用公式,在題目中一定可以求出初始的能量(動能和重力勢能),而根據能量守恆,減去末的能量,就可以求出彈性勢能

5樓:和你分享的秘密

用機械能守恆

初始能量—終止能量=減少的彈性勢能

6樓:韓羲胡音景

1/2k

l^2l彈簧型變數

k勁度係數

7樓:英鬱吳良平

在彈性限度內

f=-kl

e=fl/2=(-k*l*l)/2

8樓:寶嬪原歆美

樓上的說什麼啊?

彈性勢能=彈力做功=∫(0-x)

kx*dx

=1/2

k*x^2

是這樣來的啊~~~~

格式問題∫為積分號

∫(0-x)表示從0積到x

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