Квазиупругая сила

Материал из Циклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Шаблон:Проводится экспертиза РАН Квазиупру́гая си́ла — (от лат. quasi, как бы, наподобие) переменная сила, действующая на материальную точку, пропорциональная и противоположная по направлению смещению точки из положения равновесия.

Физические основы[править]

Математический маятник, совершающий гармонические колебания. Угол отклонения от равновесия мал

Если смещение тела или материальной точки задано координатой , то действующая на них квазиупругая сила стремится вернуть в положение равновесия, а её проекция на ось определяется как:

,

где  — коэффициент квазиупругой силы. Если смещения материальной точки или тела малы, то при ненулевых начальных условиях и отсутствии диссипации энергии тело или материальная точка массой будут совершать гармонические колебания с частотой :

,

поскольку, согласно второму закону Ньютона, , а представляет собой уравнение гармонических колебаний. Отсюда ясно, что если к квазиупругой силе прибавить постоянную силу, то тело будет продолжать совершать гармонические колебания с прежней частотой, изменится лишь положение равновесия. Период колебаний математического маятника при малых отклонениях, совершающего гармонические колебания, равен:

,

где  — длина нерастяжимой нити маятника,  — ускорение свободного падения.

Природа квазиупругой силы может быть различной, важно, чтобы отклонения от положения равновесия были достаточно малы. Математический маятник совершает гармонические колебания, если угол отклонения мал; при увеличении угла отклонения колебания математического маятника становятся не гармоническими. Сила упругости, или возвращающая сила, при малых отклонениях подчиняется закону Гука, линейна относительно перемещения и направлена в противоположную сторону. Следует понимать, что природа квазиупругой силы и силы упругости различна.

Верно и обратное — если система подверглась кратковременному внешнему воздействию, то в ней возникает квазиупругая сила, стремящаяся вернуть систему в состояние равновесия, и система будет под действием квазиупругой силы совершать гармонические колебания. Важно, чтобы первоначальное смещение из положения равновесия было малым[1].

С энергетической точки зрения в таких системах постоянно происходит переход из кинетической энергии в потенциальную, однако полная энергия системы остаётся постоянной. Если за нулевой уровень потенциальной энергии взять положение равновесия системы, то полная энергия системы будет равна потенциальной в момент максимального отклонения от положения равновесия, или кинетической, когда тело или материальная точка проходит положение равновесия[2].

Примечания[править]

  1. Валишев М. Г., Повзнер А. А. Физика. Часть 4. Колебания и волны. Учебное пособие / Сидоренко Ф. А.. — Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2006. — 90 с. — ISBN 5-321-00893-0.
  2. Тюшев А. Н., Дикусар Л. Д. Курс лекций по физике. Часть 3. Колебания и волны. Волновая оптика.. — Новосибирск: СГГА, 2003. — 158 с. — ISBN 5-87693-127-6.

Литература[править]

  • Ландау Л. Д. Курс общей физики : механика и молекулярная физика. — Москва : Добросвет : Издательство КДУ, 2011.
  • Сивухин Д. В. Общий курс физики. Т. 1. Механика. — Москва : Физматлит, 2014.
  • Савельев И. В. Курс общей физики. В 5 томах. Том 1. Механика — Москва : Лань, 2022.

Ссылки[править]

Рувики

Одним из источников, использованных при создании данной статьи, является статья из википроекта «Рувики» («ruwiki.ru») под названием «Квазиупругая сила», расположенная по адресу:

Материал указанной статьи полностью или частично использован в Циклопедии по лицензии CC-BY-SA 4.0 и более поздних версий.

Всем участникам Рувики предлагается прочитать материал «Почему Циклопедия?».