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:

 


上個動畫中,若 x1、x2非常的接近,

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

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。

   

 

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 )。

 

   

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。