Fragenbank: Arbeit: Elastische Kraft

Im Mechanismus einer Feder wird die Energiemenge in Abhängigkeit von der Verformung der Feder gemessen. Diese Beziehung kann durch eine Gleichung dargestellt werden, die als "Hookesches Gesetz" bekannt ist, das zeigt, dass die durch die elastische Kraft verursachte Verformung proportional zur Differenz zwischen der Ruhe-Länge der Feder und ihrer verformten Länge ist. Welche der folgenden Alternativen stellt die mathematische Gleichung für dieses Gesetz dar?

Ein Block mit einer Masse von m = 2,0 kg wird 10,0 cm entlang einer reibungsfreien horizontalen Fläche verschoben und ist an einer idealen Feder mit einer Federkonstanten von k = 200 N/m befestigt. Zu Beginn ist die Feder entspannt und der Block wird aus dieser Position im Ruhezustand losgelassen. Wenn er losgelassen wird, komprimiert sich die Feder und drückt den Block, der zu bewegen beginnt. Bestimme die Arbeit, die von der Federkraft während der gesamten Verschiebung des Blocks verrichtet wird. Berücksichtige g = 10 m/s². Erkläre die physikalische Bedeutung der gefundenen Arbeit in Bezug auf die im System während dieses Prozesses gespeicherte und übertragene Energie.

Ein Physikstudent führt in seinem Labor ein Experiment mit einer Feder mit der elastischen Konstante k durch, um das Konzept der geleisteten Arbeit durch die angewandte elastische Kraft zu verstehen. Zunächst komprimiert er die Feder auf eine Entfernung x1 und dehnt sie dann auf eine Entfernung x2. Unter der Annahme, dass die Feder dem Hookeschen Gesetz gehorcht, führen Sie die folgenden Punkte aus: (a) Bestimmen Sie den Ausdruck für die geleistete Arbeit durch die elastische Kraft im Experiment in Abhängigkeit von k, x1 und x2. (b) Angenommen, k=100 N/m, x1=0,3 m und x2=-0,2 m. Berechnen Sie die geleistete Arbeit durch die elastische Kraft. (c) Diskutieren Sie den Zusammenhang zwischen der geleisteten Arbeit und der Erhaltung der mechanischen Energie im System.

Erkläre, was die Arbeit der elastischen Kraft ist und wie sie berechnet werden kann. Gib ein Beispiel für die Anwendung dieses Konzepts in einer alltäglichen Situation.

Ein Student komprimiert eine Feder in seinem Physiklabor, um das Verhalten der elastischen Kräfte zu untersuchen. Die Feder hat eine Federkonstante k von 200 N/m und wird um eine Strecke x von 0,1 m komprimiert. Die elastische Kraft, die dem Hookeschen Gesetz folgt, ist die Kraft, die erforderlich ist, um eine Feder zu komprimieren oder zu dehnen, und wird durch F = -kx angegeben. (a) Berechnen Sie die elastische Kraft in der Feder, wenn sie um 0,1 m komprimiert ist. (b) Berechnen Sie die geleistete Arbeit zum Komprimieren der Feder um 0,1 m, wobei die Arbeit durch W = (1/2)kx² angegeben ist. (c) Wenn der Student die Feder noch weiter komprimiert, so dass die neue Strecke 0,15 m beträgt, wie hoch wird die neue geleistete Arbeit sein?