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第15章 你弱它强——弹力

在实际生活中,弹力也是非常常见的一种力,橡皮筋、弹簧、弹簧测力计等物品就有弹力,它在日常生活中的应用相当广泛。

在力的作用下,物体发生的形状或体积改变被称为形变。当外力的作用停止之后,恢复到原状的形变,也就是弹性形变。这样一来,发生弹性形变的物体对与它接触的物体产生力的作用,这个力也就是所谓的弹力。说得简单一些,也就是由于物体发生弹性形变对跟它接触的物体产生的力的作用,称为弹力。弹力的方向与接触面(或截面)垂直,与施力物体形变方向相反。

弹力产生有两个条件:第一,两物体直接接触;第二,物体发生弹性形变。

在日常生活中,相互作用是我们经常观察到的,例如推、拉、提、举、牵引列车、锻打工件、击球、弯弓射箭等,这些力都是在物体与物体接触的时候才发生的。在这种情况下产生的力,可以称为接触力。按性质来划分,可分为两类:弹力和摩擦力。从本质上来说,它们都是由电磁力而引起的。

在了解弹力的时候,一定要清楚弹力是接触力,弹力只能存在于物体的相互接触之处。但相互接触的物体之间,并不一定产生弹力,这是由于弹力的产生有两个条件——接触、通过相互作用而发生的弹性形变。

通常情况下,人们所说的压力、支持力、拉力指的都是弹力。弹力产生在直接接触而发生弹性形变的物体之间。此外,弹力的方向总是与物体形变的方向相反,而压力或支持力的方向,则是垂直于支持面并指向被压或被支持的物体。

1.弹性限度

当形变过大、超过一定限度的时候,物体的形状就不能完全恢复,即物体这时失去了自我回复的能力,发生变形。这个限度指的就是弹性限度。由于形变过大导致物体的形状不能完全恢复,这种形变被称为“塑性形变”,也有人称为“范性形变”。

2.胡克定律

当弹簧发生弹性形变的时候,弹力的大小F与弹簧伸长(或缩短)的长度x成正比例关系,可以表示为F=kx。这里所说的k,被称为弹簧的劲度系数(也作倔强系数或弹性系数),数值上与弹簧伸长(或缩短)单位长度时的弹力是相等的。单位为牛顿每米,符号为N/m。其中的k值与材料的性质也有一定的关系。也就是说,不同的弹簧的劲度系数一般也是不同的。这一规律是由英国科学家胡克发现的,因此被称为胡克定律。

在测量弹力的时候,可用弹力测量方法来获得。

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