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發生彈性形變的物體的各部份之間壓彈簧彈力計算公式,因為有彈力的互相作用,也具有勢能,這些勢能稱作彈性勢能()。同一彈性物體在一定范圍內形變越大,具有的彈性勢能就越多,反之,則越小。
英文名
彈性勢能
外文名
領域
熱學
形成緣由
彈性形變
性質
形變越大,彈性勢能越大,反之
相關名詞
動力勢能
目錄
1234
彈性勢能性能介紹播報
物體因為發生彈性形變,各部份之間存在著彈性力的互相作用而具有的勢能稱作“彈性勢能”。在工程中又稱“彈性變型能”。諸如,被壓縮的二氧化碳、拉彎了的弓、卷緊了的發條、拉長或壓縮了的彈簧都具有彈性勢能。
彈性勢能是儲存在材料或化學系統的構造中的潛在機械能,由于執行工作以扭曲其容積或形狀。當須要壓縮和拉伸或大體上以任何方式變型時,彈性能量才會發生。彈性理論主要發展為固體和材料熱學的方式[1](注意,拉伸橡皮筋所做的工作不是彈性勢能的一個反例,它是熵彈性的一個反例)彈性勢能等式用于機械平衡位置的估算。在物理上,多項式可以表示為[2]:
勢能的單位與功的單位是一致的。確定彈力勢能的大小需選定零勢能的狀態,通常選定彈簧未發生任何形變,而處于自由狀態的情況下其彈力勢能為零。彈力對物體做功等于彈力勢能增量的負值。即彈力所做的功只與彈簧在起始狀態和終了狀態的伸長量有關,而與彈簧形變過程無關。彈性勢能是以彈力的存在為前提,所以彈性勢能是發生彈性形變,各部份之間有彈性力作用的物體所具有的。若果兩物體互相作用都發生形變,這么每一物體都有彈性勢能,總彈性勢能為兩者之和。
彈性的本質是可逆性。應用于彈性材料的力將能量轉移到材料中,在將能量轉移到其周圍環境以后壓彈簧彈力計算公式,才能恢復其原始形狀。但是,所有材料對于它們可以承受的變型程度都有限制,而不會破壞或不可逆地改變其內部結構。為此,固體材料的特點包括一般在應變方面的彈性極限的尺寸。超過彈性極限,材料不再以彈性能量的方式儲存在其上進行的機械作業的所有能量。
物質內或物質內的彈性能量是構象的靜態能量。它對應于主要通過改變核之間的原子寬度離而儲存的能量。熱能是材料內動能的隨機分布,致使材料關于平衡構象的統計波動。并且有一些互動。比如,對于個別固體物體,扭曲,彎曲和其他變型可能會形成熱能,造成材料的氣溫下降。固體中的熱能一般由稱為聲子的內部彈性波進行。孤立物體規模較大的彈性波一般形成足夠缺少隨機化的宏觀震動,它們的振蕩僅僅是物體內的(彈性)勢能與整體物體的運動動能之間的重復交換。
彈性勢能實際應用播報
機械系統中的彈性勢能
假如機械系統的組件施加到系統上時發生變型,那它們將儲存彈性勢能。任何時侯,在其外部的力聯通或變型物體時,能量轉移到物體(即在其上進行作業)。通過作業傳遞到物體的能量的量被估算為力的矢量點積和物體的位移。當力被施加到系統時,它們在內部分配到其組成部件。其實一些能量轉移可以最終儲存為獲得的速率的動能,而且成份物體形狀的變型造成儲存的彈性能量。
原型彈性部件是螺旋彈簧。彈簧的線性彈性表現由比列常數參數化,稱為彈簧常數。該常數一般表示為k(參見胡克定律),但是取決于線圈產生的材料的幾何形狀,橫截面積,未變型的厚度和性質。在一定的變型范圍內,k保持恒定,并被定義為位移與由該位移形成的彈簧恢復力的大小的負百分比。[3]
彈性勢能公式估算播報
其中,k為彈性系數,x為形變量。注意:此公式中的x必須在彈簧的彈性限度內。
彈力做功與彈性勢能變化的關系:彈性勢能是彈力做功轉化而至,彈力做正功,彈性勢能降低,彈力做負功,彈性勢能降低。彈性勢能的定義:發生彈性形變的物體各部份之間,因為有彈力的互相作用而具有勢能,這些勢能就是稱作彈性勢能。
我們還可以從另外一種角度看彈力做功問題,功=力X距離。我們曉得力和距離的圖像中,曲線圍成的面積就是做的功的大小。彈性力和距離的軸圍成的圖形是三角形,這么就是三角形的面積公式:
。
而且我們不能錯誤的覺得彈力做功就是彈性勢能,功是功,能是能,做功伴隨能量的變化,功不是能。
彈性勢能能的關系播報
彈性勢能可與動能直接互相轉化,但不能與重力勢能直接轉化。核心或實質:(勢能和動能間之間可直接轉化,但勢能不能與勢能直接互相轉化,就是說不可能在動能不變的情況下轉化)
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