Зміст
Коли ви стискаєте або розтягуєте пружину, вона здійснює силу, протилежну тій силі, яку ви докладаєте, намагаючись повернутися у положення рівноваги. Величина сили характерна для пружини і представлена постійною пружиною, к. Згідно закону Гука, зв’язок між розширенням х і сила Ж є:
F = -kxЗнак мінус означає, що сила, яку чинить пружина, знаходиться в протилежному напрямку до розширення.
Зв'язок між силою та розширенням є лінійним, а це означає, що якщо побудувати графік сили проти розширення, ви отримаєте пряму лінію. Він пройде через походження (х = 0; Ж = 0), а її нахил буде дорівнює постійній пружині, к.
Перетворити в силу
Найпростіший спосіб отримати значення для графа закону Гука - це призупинити пружину з гачка і приєднати ряд ваг, значення яких відомі. Однак ваги зазвичай вимірюються в грамах або кілограмах, що є одиницями маси. Однак їх легко перетворити на одиниці сили. Все, що вам потрібно зробити, - це помножити масу на прискорення за рахунок сили тяжіння, яке в метричній системі MKS становить 9,8 м / с.2 а в системі CGS - 980 см / с2. Якщо вагу відкалібровано в фунтах, помножте на 32 фути / с2 конвертувати їх у фунти сили.
Ви все ще можете отримати графік з прямою лінією та екстраполювати значення к зі схилу, навіть якщо ви не робите ці перетворення, але значення для к буде в неправильних одиницях і буде іншим значенням, ніж те, що ви отримаєте, якщо ви зробите конверсію.
Сюжет двох балів або більше
Для побудови прямої лінії потрібно лише дві точки, а значить, потрібно зробити лише два вимірювання. Хороша ідея зробити більше - хоча б три-чотири. Додатковими вимірами є страхування. Якщо вони не потрапляють на лінію, створену за допомогою оригінальних двох точок, щось може бути не так з весною або з вагами, які ви використовуєте.
Щоб побудувати точки, відвісьте пружину вертикально від гачка і запишіть її подовження, використовуючи лінійку. Приєднайте відому вагу до вільного кінця і запишіть нове розширення. Різниця є х. Після того, як ви обчислите силу, накладену вагою, у вас є перший пункт (х1, Ж1). Діляйте різні точки, змінюючи вагу і записуючи нове розширення. Коли ви закінчили побудову точок, проведіть лінію через точки, найбільш близькі до їх торкання.
Виміряйте нахил графіка розширення сили
Загалом, ви можете знайти нахил лінії, вибравши дві точки і сформувавши співвідношення підйому і пробігу між цими двома точками. Якщо ви вибрали перший пункт (х1, Ж1), а другий момент - (х2, Ж2), нахил лінії:
{нахил} = frac {F_2 - F_1} {x_2 - x_1}припускаючи Ж2 більше, ніж Ж1.
Це значення постійної пружини, к. Незважаючи на знак мінус у рівнянні закону Гука, к є додатним числом, оскільки нахил у графіку закону Гука позитивний.
Зауважте, що пружинна константа має одиниці сили / відстані. У системі MKS постійними одиницями пружини є ньютони / метр. У системі CGS - це дюни / сантиметр. В імперській системі вони - фунти сили (фунти)f) / фут.
Тепер, коли у вас пружина є постійною, ви можете точно передбачити, наскільки пружина буде розтікатися або стискатися, коли ви піддаєте її будь-якій силі.