સ્પ્રિંગની સ્થિતિ ઊર્જા અને હૂકનો નિયમની સમીક્ષા

સ્થિતિસ્થાપક પદાર્થ જેમ કે ધાતુની સ્પ્રિંગને ખેંચવા માટે જરૂરી બળ નાના અંતર માટે સ્પ્રિંગના વિસ્તરણના સમપ્રમાણમાં છે. સ્પ્રિંગ વડે પાછું લાગતું બળ હૂકના નિયમ તરીકે ઓળખાય છે

જ્યાં $F_s$‍ સ્પ્રિંગ વડે લાગતું બળ છે, $x$‍ એ સ્પ્રિંગની મૂળભૂત લંબાઈની સાપેક્ષમાં સ્થાનાંતર છે, અને $k$‍ એ સ્પ્રિંગ અચળાંક છે.

સ્પ્રિંગના બળને પુનઃસ્થાપક બળ કહેવામાં આવે છે કારણકે સ્પ્રિંગ વડે લાગતું બળ હંમેશા સ્થાનાંતરની વિરુદ્ધ દિશામાં હોય છે. તે જ કારણે હૂકના નિયમના સમીકરણમાં ઋણની નિશાની છે. સ્પ્રિંગને નીચેની તરફ ખેંચવાથી સ્પ્રિંગ નીચેની તરફ લંબાય છે, પરિણામે સ્પ્રિંગ ઉપરની દિશામાં બળ લગાડે છે.

સ્પ્રિંગ વિરુદ્ધ સ્થાનાંતરના વક્રમાં બળની નીચેનું ક્ષેત્રફળ સ્પ્રિંગ પર થતું કાર્ય છે. આકૃતિ 1 સ્પ્રિંગ વિરુદ્ધ સ્થાનાંતર પર બળ બતાવે છે, જ્યાં સ્પ્રિંગ ખેંચાયેલી ન હોય ત્યારે સ્થાનાંતર $0$‍ છે. સ્પ્રિંગ પર થતું કાર્ય સ્પ્રિંગમાં સ્થિતિસ્થાપક સ્થિતિ ઊર્જા $U_s$‍ નો સંગ્રહ ત્યાં સુધી કરે જ્યાં સુધી સ્પ્રિંગ તેની મૂળભૂત લંબાઈ પર પાછી ન આવી જાય. તેથી, $U_s$‍ બરાબર થતું કાર્ય અને વક્ર નીચેનું ક્ષેત્રફળ.

નીચેના સમીકરણ સાથે ત્રિકોણનું ક્ષેત્રફળ:

નોંધો કે સ્પ્રિંગ અચળાંક $k$‍ એ રેખાનો ઢાળ છે કારણકે $k={\displaystyle \frac{|\overrightarrow{F}|}{|\overrightarrow{x}|}}$‍.

તેમ છતાં સ્પ્રિંગ બળ એ પુનઃસ્થાપક બળ છે અને તેની પાસે ઋણ નિશાની છે, સ્થિતિસ્થાપક સ્થિતિ ઊર્જા $U_s$‍ ઋણ હોઈ શકે નહિ. જેમ સ્પ્રિંગનું સંકોચન થાય છે અથવા તે ખેંચાય છે, ત્યાં સ્પ્રિંગમાં સંગ્રહાયેલી ધન સ્થિતિ ઊર્જા છે.

સ્થિતિસ્થાપક સ્થિતિ ઊર્જાની વધુ ઊંડી સમજ માટે, સ્પ્રિંગનો પરિચય અને હૂકના નિયમ પરનો વિડીયો અને સ્પ્રિંગમાં સંગ્રહાયેલી સ્થિતિ ઊર્જા પર વિડીયો જુઓ.

આ ખ્યાલ તરફ તમારી સમજ અને કૌશલ્ય ચકાસવા, સ્પ્રિંગ બળની ગણતરીનો મહાવરો અને સ્થિતિસ્થાપક સ્થિતિ ઊર્જા ગણવાનો મહાવરો ચકાસો.