Newton ‘ s eerste wet impliceert dat een object dat heen en weer oscilleert krachten ervaart. Zonder kracht zou het object bewegen in een rechte lijn met een constante snelheid in plaats van oscilleren. Denk bijvoorbeeld aan het naar links plukken van een plastic liniaal zoals getoond in Figuur \(\Paginindex{1}\). De vervorming van de liniaal creëert een kracht in de tegenovergestelde richting, bekend als een herstelkracht., Eenmaal losgelaten, zorgt de herstelkracht ervoor dat de liniaal terug beweegt naar zijn stabiele evenwichtspositie, waar de netto kracht op het nul is. Echter, tegen de tijd dat de liniaal daar komt, wint het momentum en blijft naar rechts bewegen, waardoor de tegenovergestelde vervorming ontstaat. Het wordt dan naar links gedwongen, terug door evenwicht, en het proces wordt herhaald totdat de dissipatieve krachten de beweging dempen. Deze krachten verwijderen mechanische energie uit het systeem en verminderen geleidelijk de beweging totdat de liniaal tot rust komt.,
De eenvoudigste oscillaties doen zich voor wanneer de herstelkracht recht evenredig is met de verplaatsing., Wanneer stress en spanning werden behandeld in Newton ’s derde bewegingswet, werd de naam gegeven aan deze relatie tussen kracht en verplaatsing was Hooke’ s wet:
\
Hier is \(F\) de herstelkracht, \(x\) de verplaatsing van evenwicht of vervorming, en \(k\) is een constante gerelateerd aan de moeilijkheid om het systeem te vervormen. Het minteken geeft aan dat de herstelkracht in de tegenovergestelde richting van de verplaatsing is.,
De krachtconstante \(k\) is gerelateerd aan de stijfheid (of stijfheid) van een systeem—hoe groter de krachtconstante, hoe groter de herstelkracht, en hoe stijver het systeem. De eenheden van \(k\) zijn Newton per meter (N/m). \(K\) is bijvoorbeeld direct gerelateerd aan Young ‘ s modulus wanneer we een string rekken. Figuur \(\Paginindex{3}\) toont een grafiek van de absolute waarde van de herstelkracht versus de verplaatsing van een systeem dat kan worden beschreven door Hooke ‘ s wet—een eenvoudige veer in dit geval., De helling van de grafiek is gelijk aan de krachtconstante \(k\) in Newton per meter. Een veel voorkomende fysica laboratorium oefening is het meten van het herstel krachten gecreëerd door veren, bepalen of ze volgen Hooke ‘ s wet, en berekenen van hun krachtconstanten als ze dat doen.
samenvatting
- een oscillatie is een heen en weer beweging van een object tussen twee vervormingspunten.
- een oscillatie kan een golf creëren, wat een verstoring is die zich voortplant vanaf de plaats waar de Golf werd gecreëerd.,
- het eenvoudigste type oscillaties en golven zijn gerelateerd aan systemen die beschreven kunnen worden door Hooke ‘ s wet: \( F = -KX\) waar \(F\) de \(x\) herstelkracht is, \(PE_{el}\) de verplaatsing van evenwicht of vervorming is, en \(PE_{el} = (1/2)kx^2.,object, zoals het uitrekken van een veer kracht constant een constante in verband met de stijfheid van een systeem: hoe groter de kracht constant is, meer rigide systeem; de kracht constant is vertegenwoordigd door k herstellen kracht kracht die in tegenstelling tot de kracht veroorzaakt door een vervorming
Medewerkers en Attributies
-
Paul Peter Urone (Emeritus Professor aan de California State University, Sacramento) en Roger Hinrichs (State University of New York College at Oswego) met Bijdragen van Auteurs: Kim Dirks (University of Auckland) en Manjula Sharma (Universiteit van Sydney)., Dit werk is gelicenseerd door OpenStax University Physics onder een Creative Commons Attribution License (door 4.0).