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在討論能量前我們先複習一下彈簧的性質:
彈簧常用來測量物體的重量或力量的大小,這是因為彈簧有一種特性, 就是恢復原狀的力量(恢復力F)和伸長量x成正比,可以寫成 F= - k x k又稱為彈力常數與彈簧構造、粗細、形狀有關,而負號則代表力與 位移方向相反(往右拉時恢復力向左)。 此外,拉動彈簧時,所需的外力與恢復力大小相等、方向相反, 也就是F外力=kx,而外力、位移的關係圖便如下: |
則紅色區域的面積就可以寫為F*(x2-x1)〔ps.矩形面積=高*底〕, F是物體受的外力、(x2-x1)是物體的位移;力*位移也就是功。 結論:外力所做的功=彈簧的位能=斜線底下的面積。 知道這個關係後,我們就可以很清楚的看出: 當物體由平衡點 (x=0) 拉至x處時,所儲存的彈力位能為 kx2 / 2﹔ 當然,壓縮彈簧時情形也是一樣的。 |
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所以,知道位能的關係式 ( kx2 / 2) 後,我們可以畫出位能與位置關係圖如下: 注意:物體在平衡點時位能為 0 ;在兩端位能值最高 (X值最大,離平衡點最遠 )。
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此外,我們還可以看出此物體的動能與位置動能及總能與位置的關係 : ( 再點一次 "位能 " ,可使代表位能的綠點消失) 按 " 動能 " 會出現代表動能的黃點,在平衡點時動能最大 ( mV2 / 2,速度值最大) ;在兩端動能為 0 (速度為 0 )。 按 " 總能 " 會出現代表總能的白點,整個運動過程因力學能守恆,所以總能值一樣。
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