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)