تعریف کو انرژی مکانیکی

تعریف کو انرژی مکانیکی:
تحلیل انرژی-کوانرژی را می توان برای سیستم های دیگری که انرژی را ذخیره می کنند نیز به کار برد؛ برای مثال تغییر شکل الاستیکی یک فنر مکانیکی.

در یک سیستم مکانیکی نمی توان یک نیوری لحظه ای به فنر اعمال کرد، زیرا این کار مستلزم تغییر شکل آنی فنر است که به نوبه خود نیازمند سرعت بی نهایت بوده و امری غیرممکن است.

کارWو در نتیجه انرژیEذخیره شده در فنر به عنوان ضرب نیرویFو جابه جاییxفنر تعریف می شود (Xحداکثر جابه جایی فنر است.):

برای یک فنر خطر ایده آل، نیرویF با ضریبK تناسب مستقیم با جابه جاییx دارد:

بنابراین، رابطه (1) را می توان به صورت زیر بازنویسی کرد:

مفهوم انتگرال (1) این است که به ازای تغییرات بسیار کوچک در جابه جایی، می توان نیرو را ثابت فرض کرد. بر اساس تعریف SI، «ژول مقدار کاری است که هنگام اعمال 1 نیوتن سبب جابه جایی به اندازه 1 متر می شود.» بنابراین، حاصل ضرب نیروی ثابت در مقدار جابه جایی، مقدار کار یا انرژی را نتیجه خواهد داد:

البته، محاسبات مشابهی را می توان با در نظر گرفتن جابه جایی ثابت و نیروی متغیر انجام داد. اما بر اساس تعریف SI، ضرب نیرو و جابه جایی ثابت تعریف کار نیست:

از دیدگاه فیزیکی، این مقدار کار یا انرژی نیست، اما به دلیل آنکه همان واحدها در محاسبات نقش دارند، مقدار کو انرژی نیز براساس واحدهای انرژی بیان می شود.

مفهوم کوانرژی در سیستم های غیرخطی نیز کاربرد دارد، اما در این سیستم ها ممکن است انرژی و کوانرژی متفاوت باشند.

هرچند، با دانستن یکی از آن ها می توان دیگری را با کم کردن مقدار آن از مساحت مستطیل به دست آورد. شکل 3 یک منحنی تنش-کرنش را برای مواد غیرخطی نشان می دهد که با یک رفتار الاستیک و پلاستیک ایده آل تقریب زده شده است.

چگالی کو انرژی متناسب با انرژی است که ذخیره شده و می تواند به سیستم باز گردد. مقادیر تنش و کرنش (نقاط بیشینه و کمینه) را می توان اندازه گیری کرد.

در بخش خطی، کو انرژی برابر با انرژی ذخیره شده است و می توان از آن برای تخمین برگشت فنر از یک قطعه خم شده استفاده کرد.

این کاربرد بسیار مفید است، زیرا بخشی از کل انرژی برای جابه جایی فلز استفاده می شود، اما از کو انرژی می توان برای محاسبه برگشت فنر استفاده کرد.