[물리학] 탄성력에 대하여 알아보자.

탄성력이란?

고무줄을 잡아당기면 쭉 늘어났다가 놓으면 다시 원래 모양으로 되돌아간다. 물체의 이런 성질을 탄성이라고 한다. 그리고 탄성이 큰 물질을 탄성체라고 부른다.

정리하면 탄성력이란 물체가 변형되었을 때 물체 내부에서 원래의 상태로 되돌아가려는 힘이다.

 

탄성 한계

고무줄을 지나치게 큰 힘으로 잡아당긴다면 원래 상태로 돌아가지 않거나 끊어진다. 힘이 어느 한계 안에서 작용해야 탄성이 나타나고 한계를 넘어서면 원래 형태로 돌아가지 않는다. 탄성이 나타내는 한계. 이것을 탄성 한계라고 한다.

참고로 원래 형태로 돌아가지 않는 성질을 소성이라고 부른다.

 

훅의 법칙과 탄성력

용수철을 세게 잡아당길수록 더 길게 늘어날 것이다. 말하자면 늘어나는 길이는 외부에서 가하는 힘에 비례하는 것이다.

이것을 훅의 법칙이라고 하며 F=kx 로 표현된다.

 

F : 외부에서 가하는 힘 (N)

k : 힘의 상수, 용수철 상수라고도 한다, (N/m)

x : 변형된 길이 (m)

 

위에서 정의했듯이 탄성력은 원래의 상태로 돌아가려는 힘이다. 원래의 상태로 돌아가려면 물체를 늘이기 위해 잡아당긴 힘과 반대로 힘이 작용해야된다. 즉 탄성력은 외부에서 가해지는 힘(외력)과 정반대 방향으로 작용한다.

훅의 법칙에 의하여 외력 F는 F=kx이다. 탄성력은 외력과 반대 방향이기에 탄성력 F는 F =-kx 로 나타낸다. 

 

탄성력의 특징

1. 탄성력이 작용하는 방향은 물체가 변형된 방향과 정반대 방향이다.

 

2. 변형이 진행되는 상태에서는 외력 > 탄성력, 변형의 진행이 멈춰서 평형 상태를 이루고 있으면 외력=탄성력이다.

 

3. 용수철 상수 k는 재질, 굵기, 길이 등 여러가지 요인에 의해 정해진다. k값이 클수록 변형이 어렵다.