Δύναμη επαναφοράς

Δύναμη επαναφοράς: Το παράδειγμα του ελατηρίου

Δύναμη επαναφοράς στη φυσική ονομάζεται κάθε δύναμη που δημιουργεί μια μηχανική ισορροπία σε ένα φυσικό σύστημα. Αν το σύστημα διαταραχθεί έτσι ώστε να απομακρυνθεί από την ισορροπία, τότε η δύναμη επαναφοράς τείνει να επαναφέρει το σύστημα προς την κατάσταση ισορροπίας. Η δύναμη επαναφοράς είναι συνάρτηση μόνο της θέσεως του σώματος στο οποίο ασκείται. Η διεύθυνση και η φορά της είναι πάντοτε προς τη θέση ισορροπίας του συστήματος. Η δύναμη επαναφοράς απαντάται συχνά σε μια απλή αρμονική κίνηση.

Συνηθισμένο παράδειγμα δυνάμεως επαναφοράς αποτελεί η δύναμη ενός ελατηρίου. Ένα ιδανικό (απολύτως ελαστικό) ελατήριο ασκεί μια δύναμη που είναι ανάλογη της παραμορφώσεώς του από το μήκος ισορροπίας του, και που ασκείται σε διεύθυνση αντίθετη της παραμορφώσεως. Είτε η επιμήκυνση του σε μεγαλύτερο μήκος, είτε η συμπίεσή του σε μικρότερο, το κάνει να ασκήσει μια δύναμη που το επαναφέρει προς το μήκος ισορροπίας του. Το μέτρο της δυνάμεως μπορεί να προσδιορισθεί πολλαπλασιάζοντας τη σταθερά του ελατηρίου με το μήκος της παραμορφώσεως.

Το εκκρεμές είναι ένα άλλο παράδειγμα δυνάμεως επαναφοράς: όταν δεν ταλαντώνεται. όλες οι δυνάμεις που ασκούνται πάνω του βρίσκονται σε ισορροπία. Η δύναμη του βάρους ισούται με την τάση του νήματος που συγκρατεί το βαρίδι. Αλλά όταν το εκκρεμές τίθεται σε κίνηση, η θέση της ισορροπίας βρίσκεται στο κατώτατο σημείο της ταλαντώσεως, που αντιστοιχεί στην κατάσταση ακινησίας. Όταν βρίσκεται σε οποιοδήποτε άλλο σημείο της ταλαντώσεώς του, τότε η δύναμη που το φέρνει πίσω στο χαμηλότερο σημείο είναι η βαρύτητα. Συνεπώς, η βαρύτητα μπορεί να θεωρηθεί ως η δύναμη επαναφοράς σε αυτή την περίπτωση.