Fragenbank: Arbeit: Elastische Kraft

Die Arbeit der elastischen Kraft untersucht die Beziehung zwischen Verformungen in Körpern und den Kräften, die sie verursachen. Indem wir die Gleichung studieren, die diese Kraft mit der Verschiebung des Partikels verbindet, welche der folgenden Alternativen stellt die Arbeit dar, die von der elastischen Kraft verrichtet wird?

Ein Block mit einer Masse von m = 2,0 kg wird 10,0 cm entlang einer reibungsfreien horizontalen Fläche verschoben und ist an einer idealen Feder mit einer Federkonstanten von k = 200 N/m befestigt. Zu Beginn ist die Feder entspannt und der Block wird aus dieser Position im Ruhezustand losgelassen. Wenn er losgelassen wird, komprimiert sich die Feder und drückt den Block, der zu bewegen beginnt. Bestimme die Arbeit, die von der Federkraft während der gesamten Verschiebung des Blocks verrichtet wird. Berücksichtige g = 10 m/s². Erkläre die physikalische Bedeutung der gefundenen Arbeit in Bezug auf die im System während dieses Prozesses gespeicherte und übertragene Energie.

Ein Student komprimiert eine Feder in seinem Physiklabor, um das Verhalten der elastischen Kräfte zu untersuchen. Die Feder hat eine Federkonstante k von 200 N/m und wird um eine Strecke x von 0,1 m komprimiert. Die elastische Kraft, die dem Hookeschen Gesetz folgt, ist die Kraft, die erforderlich ist, um eine Feder zu komprimieren oder zu dehnen, und wird durch F = -kx angegeben. (a) Berechnen Sie die elastische Kraft in der Feder, wenn sie um 0,1 m komprimiert ist. (b) Berechnen Sie die geleistete Arbeit zum Komprimieren der Feder um 0,1 m, wobei die Arbeit durch W = (1/2)kx² angegeben ist. (c) Wenn der Student die Feder noch weiter komprimiert, so dass die neue Strecke 0,15 m beträgt, wie hoch wird die neue geleistete Arbeit sein?

Ein Block mit einer Masse von 0,5 kg ist an einer idealen Feder mit einer Federkonstante k = 200 N/m befestigt und wird bis zu einer Distanz von 0,1 m von seiner Gleichgewichtslage komprimiert. Angenommen, die Oberfläche ist perfekt glatt und der Block befindet sich zunächst in Ruhe, bestimmen Sie die Arbeit, die durch die elastische Kraft verrichtet wird, wenn die Feder freigegeben wird und der Block sich von der Gleichgewichtslage entfernt, bis die Feder ihre natürliche Länge zurückgibt. Berücksichtigen Sie g = 10 m/s² und vernachlässigen Sie alle dissipativen Effekte.

Gabriela und Mateus arbeiten an einem Projekt für Naturwissenschaften, um das Verhalten von Federn zu studieren. Sie hängen eine Feder an die Decke und dehnen sie mit einer Kraft von 4,0 N, bis sie eine Dehnung von 50 cm (0,5 m) erreicht. Da die Federkonstante 8,0 N/m beträgt, beantworte: a) Welche Verformung erlitt die Feder, als sie von den Schülern gedehnt wurde? b) Berechne die Arbeit, die von der elastischen Kraft beim Dehnen der Feder bis zu dieser Dehnung geleistet wurde. c) Wenn die Schüler die Feder nach dem Dehnen loslassen, wie viel Arbeit verrichtet die elastische Kraft während der Rückkehr der Feder in ihre Ausgangsposition?