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物理學中的彈性勢能公式是什麽?

彈性勢能公式為:

? 其中 k 是彈性系數,x 是形狀變量。註意:等式中的 x 必須在彈簧的彈性範圍內。

擴展信息:

特性:

?物體因彈性變形和各部分之間的彈性力相互作用而產生的勢能稱為 "彈性勢能"。在工程學中,也稱為 "彈性變形能"。例如,壓縮氣體、彎曲的弓、上緊發條的鐘表、拉長或壓縮的彈簧都具有彈性勢能。

彈性勢能是指材料或物理系統在做功使其體積或形狀發生變形時,儲存在其構造中的機械勢能。當需要以任何方式壓縮和拉伸或大體變形時,就會產生彈性能。彈性理論主要是以固體和材料力學的形式發展起來的(請註意,拉伸橡皮筋所做的功不是彈性勢能的例子,而是熵彈性的例子)。彈性勢能方程用於計算機械平衡位置。在數學上,該方程可以表示為:

勢能的單位與功的單位相同。確定彈性勢能的大小需要選取勢能為零的狀態,壹般選取彈簧沒有發生任何形變,且處於自由狀態的情況下其彈性勢能為零。彈性力對物體所做的功等於彈性勢能增量的負值。也就是說,彈性力做的功只與彈簧在開始和結束狀態下的伸長有關,而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,所以彈性勢能是彈性形變時,物體各部分之間所受的彈性力。如果兩個物體相互作用,都發生形變,那麽每個物體都有彈性勢能,總的彈性勢能就是兩者之和。

彈性的本質是可逆性。施加在彈性材料上的力會將能量傳遞到材料中,並在將能量傳遞到周圍環境後恢復到原來的形狀。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所能承受的變形程度都是有限度的。因此,固體材料的特性包括通常以應變表示的彈性極限。超過彈性極限後,材料就不再以彈性能的形式儲存對其進行機械操作的所有能量。

材料中或材料的彈性能量是構型的靜態能量。它相當於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,導致材料圍繞平衡構型產生統計波動。但也存在壹些相互作用。例如,對於某些固體物體,扭曲、彎曲和其他變形可能會產生熱能,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攜帶。在孤立物體的較大尺度上,彈性波通常會產生缺乏足夠隨機性的宏觀振動,其振蕩只是物體內部(彈性)勢能與整個物體運動動能之間的重復交換。

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