物體在恒力作用下,沿力的方向運動一段距離,力對物體做的功等于力與位移的乘積。若畫出力與位移的關系圖像,可以發現,恒力與位移的乘積,相當于圖線與橫坐標所圍“面積”的數值。利用這個方法,我們來分析彈簧彈力做功情況。一端固定的、勁度系數輕彈簧,位置若將彈簧拉到一定位置,并固定在物體上,釋放物體,在彈力作用下物體向左運動到一定位置,這一過程中,彈簧彈力做功是多少呢?
東莞彈簧廠建立一個坐標系,以彈簧原長時端點位置為起點,橫軸和縱軸分別表示彈簧伸長量和彈力大小;彈簧彈力與伸長量成正比,它們之間的關系圖像是一條過原點的斜線,把位移分成許多小段,彈力在每一小段中視為恒力,那么,彈力做功,即力與位移乘積,就相當于小矩形的“面積”數值,將小矩形“面積”累積起來,就接近于彈力在此過程中所做的功;倘若分成的段數足夠多,那么彈力做功,就趨近于圖中梯形“面積”數值,理論上梯形“面積”數值,可見,彈簧彈力做功只跟它初始和終了狀態有關,或者說,
彈簧彈力做功改變了這個量的大小,這個量大小由彈簧自身決定,似乎包含某種特殊意義,特殊的意思一是它與彈簧對外做功本領有關,二是它隨彈簧自身形變而變化,具有勢能的基本特征,因此,我們把這個物理量定義為彈性勢能,從上面實例中可以看出:彈力做正功,彈簧的彈性勢能就將減小,減少的彈性勢能等于彈力所做的功。需要指出的是,彈性勢能與重力勢能及其它勢能一樣,都是在相應的物體系統中,由于物體間的相對位置和相互作用力共同決定的。
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