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檢測設備

彈簧的彈性與彈簧勢能

2019-09-27

 物體由于彈性變形和各部分之間彈性力的相互作用而產生的勢能稱為“彈性勢能”  它在工程上也被稱為“彈性變形能”。  例如,壓縮氣體、彎曲弓形、卷繞彈簧、拉伸或壓縮彈簧都具有彈性勢能。  

彈性勢能是在材料或物理系統的構造中儲存的潛在機械能,因為做功使其體積或形狀變形  當需要壓縮和拉伸時,或者當變形以基本上任何方式發生時,就會產生彈性能量。  彈性理論主要發展成固體和材料力學的形式[1](注意,通過拉伸橡膠帶所做的功不是彈性勢能的例子,它是熵彈性的例子),彈性勢能方程被用來計算機械平衡位置。  從數學上講,這個方程可以表述為[2]: 

 

勢能的單位與功的單位是一致的  為了確定彈性勢能的大小,應選擇零勢能狀態。一般來說,彈簧的選擇沒有任何變形,但在自由狀態下其彈性勢能為零。  物體上彈性力所做的功等于彈性勢能增量的負值。  也就是說,彈力所做的功只與彈簧在初始狀態和最終狀態下的伸長有關,與彈簧的變形過程無關。  彈性勢能是以彈性力的存在為前提的,所以彈性勢能是由一個物體所擁有的,該物體各部分之間有彈性變形和彈力。  如果兩個物體之間的相互作用發生變形,那么每個物體都有彈性勢能,總彈性勢能是兩者之和  

彈性本質上是可逆的  施加在彈性材料上的力將能量轉移到材料中,并且在將能量轉移到其周圍環境后可以恢復其原始形狀。  然而,所有材料在不破壞或不可逆地改變其內部結構的情況下,其能夠承受的變形程度都是有限的。  因此,固體材料的特性通常包括應變彈性極限的規格。  超過彈性極限后,材料不再以彈性能量的形式儲存對其進行機械操作的所有能量。  

物質內部或內部的彈性能量是構型的靜態能量  它對應于主要通過改變原子核之間的原子間距而儲存的能量  熱能是材料中動能的隨機分布,導致材料在平衡構型附近的統計波動。  但是有一些互動  例如,對于一些固體物體,扭曲、彎曲和其他變形可能產生熱能,導致材料溫度升高  固體中的熱能通常由稱為聲子的內部彈性波來實現。  孤立物體的大規模彈性波通常會產生缺乏充分隨機性的宏觀振動,它們的振動只是物體中(彈性)勢能和整個物體運動動能之間的重復交換。   

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