نفسر ماهية المرونة في الفيزياء وكيف تبدو صيغة هذه الخاصية. أيضا ، أمثلة ومواد مرنة.
ما هي المرونة في الفيزياء؟
عندما تكون فيجسدي - بدني نتحدث عن المرونة ، نشير إلى خاصية بعض المواد التي يتم تشويهها تحت تأثير قوة خارجية تعمل عليها ثم استعادة شكلها الأصلي عندما تختفي هذه القوة. تُعرف هذه الأنواع من السلوكيات باسم تشوهات عكسية أوشكل الذاكرة.
ليست كل المواد مرنة وتلك التي تنكسر أو تتشظي أو تظل مشوهة بعد تأثير فرض الخارجية ليست مرنة على الإطلاق.
تتم دراسة مبادئ المرونة بواسطة ميكانيكا المواد الصلبة القابلة للتشوه ، وفقًا لنظرية المرونة ، التي تشرح كيف صلب يتشوه أو يتحرك استجابة للقوى الخارجية التي تؤثر عليه.
وبالتالي ، عندما تتلقى هذه المواد الصلبة القابلة للتشوه القوة الخارجية المذكورة ، فإنها تتشوه وتتراكم كمية من الطاقة الكامنة المرنة ، وبالتالي الطاقة الداخلية بداخلها.
الطاقة المذكورة ، بمجرد إزالة القوة المشوهة ، ستكون هي القوة التي تجبر المادة الصلبة على استعادة شكلها والتحول إلى الطاقة الحركية، مما يجعلها تتحرك أو تهتز.
سيكون حجم القوة الخارجية ومعاملات مرونة الجسم المشوه هي تلك التي تسمح بحساب حجم التشوه وحجم الاستجابة المرنة والضغط المتراكم في معالجة.
صيغة المرونة في الفيزياء
عندما يتم تطبيق قوة على مادة مرنة ، فإنها تتشوه أو تنضغط. بالنسبة إلى علم الميكانيكا، الشيء المهم في الحقيقة هو مقدار القوة المطبقة لكل وحدة مساحة ، والتي سنسميها مجهود (σ).
سوف نسمي درجة تمدد أو ضغط المادة تشوه (ϵ) وسوف نحسبها بقسمة طولحركة من المادة الصلبة (L) بطولها الأولي (L0) ، أي: ϵ = ΔL / L 0.
من ناحية أخرى ، فإن أحد القوانين الرئيسية التي تحكم ظاهرة المرونة هوقانون هوك. تمت صياغة هذا القانون في القرن السابع عشر من قبل الفيزيائي روبرت هوك عندما درس الربيع وأدرك أن القوة اللازمة لضغطه تتناسب مع التباين في استطالة عند تطبيق القوة المذكورة.
صيغ هذا القانون على النحو التالي: F = ˗k.x حيث F هي القوة ، x the الطول الضغط أو الاستطالة ، و k ثابت التناسب (ثابت الربيع) معبرًا عنه بالنيوتن على متر (N / m).
وأخيرا، فإنالطاقة الكامنة يتم تمثيل المرونة المرتبطة بالقوة المرنة بالصيغة: Ep (x) = ½. ك. x2.
أمثلة على المرونة في الفيزياء
مرونة المواد هي خاصية نختبرها يوميًا. بعض الأمثلة هي:
- الينابيع الينابيع الموجودة أسفل أزرار معينة ، أو التي تدفع الخبز من المحمصة إلى أعلى عندما يكون جاهزًا ، تعمل على أساس الشد المرن: يتم ضغطها وتجميع الطاقة الكامنة ، ثم يتم تحريرها واستعادة شكلها عن طريق رمي الخبز يصل. محمص.
- أزرار. تعمل الأزرار الموجودة على جهاز التحكم عن بعد الخاص بالتلفزيون بفضل مرونة المادة التي تتكون منها ، حيث يمكن ضغطها تحت قوة أصابعنا ، وتنشيط الدائرة الموجودة تحتها ، ثم استعادة موضعها الأولي (عدم تنشيط الدائرة على الفور ) ، جاهز للضغط عليه مرة أخرى.
- العلكة. إن مادة الراتنج التي تُصنع منها العلكة أو العلكة مرنة للغاية ، لدرجة أنه يمكننا ضغطها بين الأسنان أو توسيعها عن طريق ملئها بالهواء وصنع قنبلة ، على افتراض أنها ستحتفظ بشكلها الأصلي إلى حد ما.
- الإطارات. تعمل طائرة أو سيارة أو دراجة نارية على أساس مرونة المطاط الذي كان يضخم مرة واحدة هواء، يمكنه تحمل الوزن الهائل للمركبة بأكملها والتشوه قليلاً ، ولكن دون أن يفقد ذاكرة شكله ، وبالتالي يمارس قدرة التحمل ويحافظ على المركبة معلقة.
مواد مرنة
المواد المرنة ، القادرة على استعادة شكلها الأصلي بعد تعرضها لتشوه جزئي أو كلي ، عديدة: المطاط ، المطاط ، نايلون، ليكرا ، لاتكس ، علكة ، صوف ، سيليكون ، رغوة المطاط ، الجرافين ، الألياف الزجاجية ، بلاستيك، حبل ، من بين أمور أخرى.
هذه المواد مفيدة للغاية في الصناعة التحويلية ، حيث يمكن صنع عدد لا يحصى من التطبيقات والأشياء ذات الاستخدام العملي.