დრეკადობის პოტენციური ენერგია არის ენერგია, რომელიც გარკვეული ძალისგან დეფორმირებულ დრეკად სხეულს აქვს. ამ სხეულში ენერგია შენახულია მანამ, სანამ მასზე ძალაა მოდებული, შემდეგ კი ის უბრუნდება საწყის მდგომარეობას. ამ დროს ის ასრულებს მუშაობას. დეფორმაცია შეიძლება მოიცავდეს სხეულის შეკუმშვას, გაწელვასა და დახვევას. ბევრი სხეული სპეციალურადაა იმისთვის შექმნილი, რომ შეინახოს დრეკადობის პოტენციური ენერგია. მაგალითად:

მიუხედავად იმისა, რომ დრეკადობის პოტენციური ენერგიის შესანახად დამზადებულ სხეულებს აქვთ ელასტიურობის მაღალი ზღვარი, მაინც არსებობს მაქსიმალური წონა, რომლის გაძლებაც მათ შეუძლიათ. თუ სხეული დეფორმირდება თავის ელასტიურობის ზღვარზე მეტად, ის ვეღარ დაუბრუნდება პირვანდელ მდგომარეობას. ძველ დროში ერთ-ერთი პოპულარული აქსესუარი იყო მექანიკური საათი, რომელიც გრეხითი ზამბარის პოტენციურ ენერგიაზე მუშაობდა, თუმცა დღესდღეობით ჩვენ არ ვიყენებთ ამ მექანიზმზე მომუშავე სმარტფონებს, რადგან არ არსებობს ბუნებაში მასალა, რომელსაც იმხელა ელასტიურობის ზრვარი აქვს, რომ ურუნველყოს საჭირო ენერგიის სიმკვრივე.

ჩვენს სტატიაში, ჰუკის კანონი და დრეკადობა, განხილულია, თუ როგორაა დამოკიდებული დრეკადობის ძალა, $F$‍, იმ $\mathrm{\Delta }x$‍ ზომაზე, რომლითაც გაფართოებული ან შეკუმშულია ზამბარა,

სადაც $k$‍ არის გარკვეული დადებითი რიცხვი, რომელიც ცნობილია სიხისტის კოეფიციენტის სახელით. ზამბარის ძალა არის კონსერვატიული ძალა და კონსერვატიულ ძალებთან ყოველთვის ასოცირდება შესაბამისი პოტენციური ენერგია.

მუშაობის განმარტებიდან ვიცით, რომ ძალისა და გადაადგილების გრაფიკის ქვემოთ მოქცეული ფართობი გვაძლევს ამ ძალის მიერ შესრულებულ მუშაობას. სურათ 1-ზე ნაჩვენებია ძალისა და გადაადგილების გრაფიკი ზამბარისთვის. რადგანაც ამ გრაფიკის ქვემოთ არსებული ფართობი არის სამკუთხედი და იდეალურ ზამბარაში არ გვაქვს ენერგიის დანაკარგი, დრეკადობის პოტენციური ენერგია $U$‍ შეგვიძლია, ვიპოვოთ შესრულებული მუშაობიდან

სავარჯიშო 1: მანქანის ზამბარებს აქვთ სიხისტის კოეფიციენტი $5\cdot {10}^4\mathrm{ნ}/\mathrm{მ}$‍. დაუტვირთავ მდგომარეობაში მანქანა არის მიწიდან 0,8 მ სიმაღლეზე, ხოლო დატვირთვისას ჩადის 0,7 მ სიმაღლემდე. რა რაოდენობის პოტენციური ენერგია ინახება ამ დროს მანქანის ოთხ ზამბარაში?

სავარჯიშო 2a: კარგად გაწვრთნილ მშვილდის მსროლელს შეუძლია, გამოქაჩოს მშვილდი 300 ნ ძალით და თოკი მოზიდოს 0,6 მ-ით. თუ დავუშვებთ, რომ მშვილდი იქცევა, როგორც იდეალური ზამბარა, სიხისტის რა კოეფიციენტი უნდა ჰქონდეს მას, რომ მსროლელმა გამოიყენოს მთელი თავისი ძალა?

სავარჯიშო 2b: რა პოტენციური ენერგია ინახება მშვილდში, როდესაც ის მოქაჩულია?

სავარჯიშო 2c: დავუშვათ, ისარს აქვს მასა 30 გ. დაახლოებით რა სიჩქარით მოხდება მისი გასროლა?

სავარჯიშო 2d: დავუშვათ, მაღალი სიჩქარის კამერამ დააფისირა, რომ ისრის სიჩქარე უფრო ნაკლებია, ვიდრე ენერგიის შენახვის კანონით ნაწინასწარმეტყველები სიჩქარე. არსებობს რამე ისეთი ძალა, რომელიც არ გაგვითვალისწინებია?

სტატიაში, ჰუკის კანონი და დრეკადობა, ჩვენ განვიხილეთ, თუ როგორ ემორჩილება რეალური ზამბარები ჰუკის კანონს მასზე მოდებული ძალის კონკრეტულ საზღვრებში. ზოგიერთი დრეკადი მასალა, მაგალითად, რეზინა ან დრეკადი პლასტიკატი, შეიძლება, გამოვიყენოთ, როგორც ზამბარა, თუმცა მათ ხშირად აქვთ ჰისტერეზისი; ეს ნიშნავს, რომ პირვეანდელ მდგომარეობაში დაბრუნებისას ძალისა და წანაცვლების გრაფიკი აღარაა ისეთი, როგორიც დეფორმაციის პროცესში.

საბედნიეროდ, ის ზოგადი განმარტება, რომელიც ჩვენ იდეალური ზამბარებისთვის გამოვიყენეთ, ასევე მუშაობს სხვა დრეკადი მასალებისთვისაც. დრეკადობის პოტენციური ენერგია ყოველთვის შეიძლება, ვიპოვოთ ძალისა და წანაცვლების გრაფიკის ქვეშ მოქცეული ფართობთ, მიუხედავად ამ გრაფიკის ფორმისა.

ადრე ჩატარებულ ანალიზში ჩვენ იდეალური ზამბარა განვიხილეთ, როგორც ერთგაზომილებიანი სხეული, სინამდვილეში კი დრეკადი სხეულები სამგანზომილებიანია. ირკვევა, რომ იგივე მიდგომა აქაც ამართლებს, ძალისა და წანაცვლების ეკვივალენტური გრაფიკი კი არის ძაბვისა და ფარდობითი წანაცვლების გრაფიკი.

როცა სამგანზომილებიანი დრეკადი სხეული ემორჩილება ჰუკის კანონს,

$\mathrm{ე}\mathrm{ნ}\mathrm{ე}\mathrm{რ}\mathrm{გ}\mathrm{ი}\mathrm{ა}/\mathrm{მ}\mathrm{ო}\mathrm{ც}\mathrm{უ}\mathrm{ლ}\mathrm{ო}\mathrm{ბ}\mathrm{ა}=\frac{1}{2}(\mathrm{ძ}\mathrm{ა}\mathrm{ბ}\mathrm{ვ}\mathrm{ა}\cdot \mathrm{ფ}\mathrm{ა}\mathrm{რ}\mathrm{დ}\mathrm{ო}\mathrm{ბ}\mathrm{ი}\mathrm{თ}\mathrm{ი}\mathrm{წ}\mathrm{ა}\mathrm{ნ}\mathrm{ა}\mathrm{ც}\mathrm{ვ}\mathrm{ლ}\mathrm{ე}\mathrm{ბ}\mathrm{ა})$‍

სავარჯიშო 3: სურათ 3-ზე ნაჩვენებია ძაბვისა და ფარდობითი წანაცვლების გრაფიკი რეზინისთვის. როდესაც ის იჭიმება (იტვირთება), გრაფიკი გადის მაღლა. რადგანაც რეზინა არაა იდეალური, ის უკან დაბრუნებისას (მოშვებისას) მოცემულ წანაცვლებაზე წარმოქმნის ნაკლებ ძალას. იასამნისფერი ფართობი არის მაქსიმალურ წანაცვლებაზე წარმოქნილი დრეკადობის პოტენციური ენერგია. დატვირთვისა და მოშვების შესაბამის გრაფიკებს შორის ფართობი კი ნაჩვენებია ყვითლად. ის შეესაბამება იმ ენერგიას, რომელიც იკარგება სითბოს სახით, როცა რეზინა გადის დატვირთვისა და მოშვების ციკლურ პროცესს.

თუ მოცემულ რეზინის სიგრძეა $100\mathrm{მ}\mathrm{მ}$‍, სიგანე - $10\mathrm{მ}\mathrm{მ}$‍ და სისქე - $1\mathrm{მ}\mathrm{მ}$‍, რა რაოდენობის სითბო გამოიყოფა, როცა მას გავჭიმავთ და გავუშვებთ?

[1] http://itila.blogspot.com/2014/05/energy-density-of-spring.html