Newtons första lag innebär att ett objekt som svänger fram och tillbaka upplever krafter. Utan kraft skulle objektet röra sig i en rak linje med konstant hastighet snarare än oscillera. Tänk till exempel på att plocka en plastlinjal till vänster som visas i Figur \(\PageIndex{1}\). Linjalens deformation skapar en kraft i motsatt riktning, känd som en återställningskraft., När återställningskraften har släppts får linjalen att gå tillbaka mot sin stabila jämviktsposition, där nettokraften på den är noll. Men när linjalen kommer dit, får den fart och fortsätter att flytta till höger, vilket ger motsatt deformation. Det tvingas sedan till vänster, tillbaka genom jämvikt, och processen upprepas tills dissipativa krafter dämpar rörelsen. Dessa krafter tar bort mekanisk energi från systemet, vilket gradvis minskar rörelsen tills linjalen vilar.,
de enklaste oscillationerna uppstår när återställningskraften är direkt proportionell mot förskjutning., När stress och stam täcktes i Newtons tredje Rörelselag, gavs namnet till detta förhållande mellan kraft och förskjutning var Hookes lag:
\
Här är \(f\) återställningskraften, \(x\) är förskjutningen från jämvikt eller deformation, och \(k\) är en konstant relaterad till svårigheten att deformera systemet. Minustecknet indikerar att återställningskraften är i motsatt riktning mot förskjutningen.,
kraftkonstanten \(k\) är relaterad till styvheten (eller styvheten) hos ett system—ju större kraftkonstanten desto större är återställningskraften och styvare systemet. Enheterna i \(K\) är newtons per meter (n/m). Till exempel är \(k\) direkt relaterad till Youngs modul när vi sträcker en sträng. Figur \(\PageIndex{3}\) visar ett diagram över det absoluta värdet av återställningskraften jämfört med förskjutningen för ett system som kan beskrivas av Hookes lag—en enkel vår i det här fallet., Grafens lutning är lika med kraftkonstanten \(k\) i newtons per meter. En gemensam fysiklaboratorieövning är att mäta återställa krafter som skapats av fjädrar, bestämma om de följer Hookes lag och beräkna deras kraftkonstanter om de gör det.
sammanfattning
- en oscillation är en fram och tillbaka rörelse av ett objekt mellan två punkter av deformation.
- en svängning kan skapa en våg, vilket är en störning som sprider sig från var den skapades.,
- den enklaste typen av svängningar och vågor är relaterade till system som kan beskrivas av Hookes lag: \ (F = -kx\) där \(F\) är \(x\) återställningskraften, \(PE_{el}\) är förskjutningen från jämvikt eller deformation och \(PE_{el} = (1/2)KX^2.,objekt, som sträcker sig i en konstant fjäderkraft en konstant som är relaterade till den stelhet i ett system: större kraft konstant, det styvare systemet, den kraft konstant representeras av k återställa kraft kraft som verkar i opposition till den kraft som orsakas av en deformation
Bidragsgivare och Medarbetare
-
Paul Peter Urone (Professor Emeritus vid California State University, Sacramento) och Roger Hinrichs (State University of New York, Högskolan i Oswego) med att Bidra Författare: Kim Dirks (University of Auckland) och Manjula Sharma (University of Sydney)., Detta verk är licensierat av OpenStax Universitet Fysik under en Creative Commons-Licens (4,0).