Punctul material in camp de forte elastice
Forta elastica este una dintre cele mai intalnite in practica si in viata cotidiana, avand o importanta deosebita in multe domenii ale fizicii si tehnicii. Forta elastica are doua proprietati importante:
a) modulul fortei este proportional cu distanta fata de pozitia de echilibru;
(2.11)
unde este constanta elastica a resortului (arcului).
Forta elastica nefiind constanta, lucrul efectuat de forta elastica care actioneaza asupra unui punct material de masa deplasandu-l intre doua pozitii date de elongatiile (distantele fata de pozitia de echilibru) si , se determina astfel:
(2.12)
Inlocuind expresia (2.12) in teorema energiei cinetice obtinem
,
si obtinem legea conservarii energiei mecanice in cazul actiunii fortei elastice:
(2.13)
O aplicatie simpla a legii conservarii energiei sub actiunea fortelor elastice este imprimarea unei viteze , pe directia axei , unui resort de constanta elastica , nedeformat in starea initiala (fig.1). Punctul material de masa legat de resort se va deplasa fara frecare din starea initiala in punctul de coordonata ( este amplitudinea miscarii, unde . Din legea conservarii energiei obtinem:
. (2.14)
Sa aratam ca un punct material efectueaza sub actiunea unei forte elastice o miscare oscilatorie armonica, a carei ecuatie este data de una din expresiile
sau , (2.15)
unde este amplitudinea miscarii, pulsatia proprie a oscilatorului, iar faza initiala a miscarii. Vom scrie expresia energiei mecanice a sistemului:
,
de unde rezulta:
. (2.16)
Impunand conditiile initiale , din conditia rezulta , de unde . Inlocuind in expresia (2.16) obtinem:
(2.17)
Integrand relatia de mai sus, obtinem:
(2.18)
Din conditia initiala la , , de unde:
(2.19)
Cu notatia , ecuatia oscilatorului armonic in cazul general devine:
. (2.20)