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物理关于劲度系数?

171 2024-03-12 17:18

一、物理关于劲度系数?

定律定义

F=-k·x

胡克定律由R.胡克于1678年提出,表达式为F=-k·x或△F=-k·Δx,其中k是常数,是物体的劲度系数(倔强系数)(弹性系数)。在国际单位制中,F的单位是牛,x的单位是米,它是形变量(弹性形变),k的单位是牛/米。劲度系数在数值上等于弹簧伸长(或缩短)单位长度时的弹力。

胡克定律的推论

胡克的弹性定律指出:弹簧在发生弹性形变时,弹簧的弹力F和弹簧的伸长量(或压缩量)x成正比,即F= k·x 。k是物质的弹性系数,它只由材料的性质所决定,与其他因素无关。负号表示弹簧所产生的弹力与其伸长(或压缩)的方向相反。

满足胡克定律的弹性体是一个重要的物理理论模型,它是对现实世界中复杂的非线性本构关系的线性简化,而实践又证明了它在一定程度上是有效的。然而现实中也存在这大量不满足胡克定律的实例。胡克定律的重要意义不只在于它描述了弹性体形变与力的关系,更在于它开创了一种研究的重要方法:将现实世界中复杂的非线性现象作线性简化,这种方法的使用在理论物理学中是数见不鲜的。

Fn ∕ S=E·(Δl ∕ l。)

式中Fn表示内力,S是Fn 作用的面积,l。是弹性体原长,Δl是受力后的伸长量,比例系数E称为弹性模量,也称为杨氏模量,由于应变ε=Δl ∕ l。为纯数,故弹性模量和应力σ=Fn ∕ S具有相同的单位,弹性模量是描写材料本身的物理量,由上式可知,应力大而应变小,则弹性模量较大;反之,弹性模量较小。弹性模量反映材料对于拉伸或压缩变形的抵抗能力,对于一定的材料来说,拉伸和压缩量的弹性模量不同,但二者相差不多,这时可认为两者相同。

广义胡克定理

应力应变曲线

胡克定律的内容为:在材料的线弹性范围内(见上图的材料应力应变曲线的比例极限范围内),固体的单向拉伸变形与所受的外力成正比;也可表述为:在应力低于比例极限的情况下,固体中的应力σ与应变ε成正比,即σ=Εε,式中E为常数,称为弹性模量或杨氏模量。把胡克定律推广应用于三向应力和应变状态,则可得到广义胡克定律。胡克定律为弹性力学的发展奠定了基础。各向同性材料的广义胡克定律有两种常用的数学形式:

式中σij为应力分量;εij为应变分量(i,j=1,2,3);λ和G为拉梅常量,G又称剪切模量。这些关系也可写为:

E为弹性模量(或杨氏模量);v为泊松比。λ、G、E和v之间存在下列联系:

式(1)适用于已知应变求

二、一根弹簧和两根弹簧哪个更易拉伸?

一根弹簧和两根弹簧比较,将兩根弹簧串联起来使用时,更容易被拉伸,也就是说当两根弹簧串联起来,施加同样的拉力相较于一根弹簧,它的伸长量更大。

这是因为两根弹簧串联起来作为一个弹簧使用时,其等效劲度系数减小。

如兩根劲度系数均为K的相同弹簧串联起来,相较于一根弹簧,当我们用力F拉串联弹簧时,每根弹簧均受F力作用均伸长L,即串联弹簧总的伸长量为2L,代入F=K△L有K'=F/△L=F/2乚=K/2。

可见将兩相同弹簧串联使用,它的劲度系数减为原来的1/2。所以兩根弹簧串联时更容易拉伸。

三、为什么弹簧越短,抗压能力就愈强?

弹簧的抗压能力由其劲度系数k决定,k值越大,其抗压能力越强。

关于这个问题的理解可以整理为以下几点:

一.由胡克定律可知,k=F/x,F为在弹性限度内弹簧形变(压缩或伸长)而产生的弹力,x为弹簧的形变量。该式为k的定义式,应用于k值的求解。

二.决定弹簧k值大小的因素:

  1.弹簧的材料;

  2.弹簧丝的粗细;

  3.弹簧的原长;

  4.单位长度所含匝数;

  5.弹簧圈的直径。

   

中学物理范围内,在其他条件一定时,弹簧丝越粗,原长越小,单位长度的匝数越多,弹簧圈直径越小,则k值越大。

   

针对问题所说的不同长度的弹簧,可以这样理解,长弹簧为A,短弹簧为B,A的长度是B的两倍(其他条件均一样),均受相同力作用下拉伸(压缩时与之同理),见下图。

   

所以,当其他条件一定时,弹簧原长越小,k越大,弹簧的抗压能力就越强。

四、弹簧弹力的大小有什么特点?

.轻弹簧(或橡皮绳)弹力大小的特点:

(1)内容:弹簧发生弹性形变时,弹力的大小F跟弹簧伸长(或缩短)的长度x成正比.

(2)表达式:F=kx.

①k是弹簧的劲度系数,单位为N/m;k的大小由弹簧自身性质决定.

②x是形变量,但不是弹簧形变以后的长度。

(3)各处弹力大小相等,压缩和拉伸相同量时,弹力大小相等。

五、拉弯强度系数名词解释?

拉弯强度系数是指材料在受到拉伸弯曲载荷时,抵抗变形的能力。它反映了材料在拉伸和弯曲作用下的综合性能,是衡量材料在承受拉伸和弯曲载荷时抵抗变形能力的重要指标。在材料科学和工程领域,拉弯强度系数的定义和计算方法因不同的材料和试验条件而异。一般来说,拉弯强度系数可以通过对材料进行拉伸弯曲试验来获得,根据试验结果计算出材料的抗拉强度和弯曲强度,并综合考虑材料的弹性模量、泊松比等因素来确定。拉弯强度系数的应用非常广泛,涉及到建筑、机械、航空航天等领域。在结构设计、材料选择和使用过程中,需要考虑材料的拉弯强度系数,以确保结构的安全性和稳定性。