Як знайти коефіцієнт жорсткості пружини.

З точки зору класичної фізики пружину можна назвати пристроєм, який накопичує потенційну енергію шляхом зміни відстані між атомами матеріалу, з якого ця пружина зроблена. По виду сприйманого навантаження пружини диференціюються на: пружини стиску, пружини вигину, пружини кручення і пружини розтягування. При характеристиці кожної такої пружини немаловажне значення приділяється коефіцієнту її жорсткості .
Вам знадобиться
  • - пружина;
  • - лінійка;
  • - вантаж;
  • - ручка;
  • - зошит;
  • - калькулятор.
Інструкція
1
Зверніть увагу на те, що при деформації пружини виникає сила, яка прагне відновити початкові розміри і форму даного тіла. Дана сила викликана електромагнітним впливом, що виникають між атомами і молекулами речовини, з якого зроблена пружина. Ця сила називається силою пружності. Найпростіший вид - деформація розтягування і стиснення.
2
Закріпіть вертикально один кінець пружини , другий же її кінець залиште вільним. Потім лінійкою виміряйте довжину даної пружини : отриманий результат запишіть у зошиті, позначивши його х1.
3
Підвісьте на вільний кінець пружини стограмовий вантаж і повторно виміряйте її довжину. Отриманий в ході вимірювання результат запишіть у зошит, позначивши його х2.
4
Розрахуйте абсолютне подовження стрижня, яке являє собою різницю між х2 і х1. При невеликих розтягненнях або сжатіях пружини сила пружності є пропорційною деформації: вона спрямована в протилежний бік від переміщення частинок тіла при деформації. Тобто, Fупр = | kx |, де k і є коефіцієнтом жорсткості . Це співвідношення виражає суть закону Гука. А значить, щоб знайти коефіцієнт жорсткості пружини , слід силу розтягування тіла розділити на подовження даної пружини .
5
Не знаючи, чому дорівнює сила розтягування пружини , неможливо обчислити коефіцієнт її жорсткості , тому знайдіть силу розтягування. Сила пружності або розтягнення врівноважує силу тяжіння, що діє на підвішений вантаж. Ця сила виникає виключно при деформації тіла. Отже, Fупр = - N = -mg. Звідси випливає, що mg = kx. А значить, k = mg/x. Підставте відомі значення у формулу і розрахуйте коефіцієнт жорсткості пружини .
Зверніть увагу
Пам'ятайте: підставляються у формулу величини переведені повинні бути в систему СІ.
Корисна порада
Коефіцієнт жорсткості пружини залежить від матеріалу, з якого зроблено дане тіло, а також довжини пружини і форми.
Жорсткість - це здатність деталі або конструкції протидіяти доданою до нього зовнішній силі, по можливості зберігаючи свої геометричні параметри. Основна характеристика жорсткості - коефіцієнт жорсткості .
Вам знадобиться
  • - ресора пружина;
  • - вантажі з певною масою;
  • - лінійка;
  • - зошит для записів;
  • - калькулятор.
Інструкція
1
Уявіть, що ви вирішили своїми руками спорудити вантажний візок для мотоцикла або автомобіля, щоб вивозити сміття з двору, привозити з поля урожай і так далі. Бажано, щоб візок була на ресорах. Якщо у вас є пружинні ресори, і ви знаєте їх коефіцієнт жорсткості , ви можете вирахувати, який маси вантаж вони здатні нести. Коефіцієнт жорсткості також можна обчислити дослідним шляхом.
2
Різні пружини призначені для роботи на стиск, розтяг, кручення або вигин. У школі на уроках фізики дітей навчають визначати коефіцієнт жорсткості пружини, яка працює на розтяг. Для цього на штативі вертикально підвішується пружина у вільному стані. Один з учнів за допомогою лінійки заміряє її довжину. І результат записується в зошит як L 1 = ...
3
Потім до нижнього кінця підвішується вантаж визначеної маси, наприклад, 0.1 кг. Він впливає на пружину, розтягуючи її, з силою 1Ньютон (1Н). Напарник вимірює вийшла довжину розтягнутої пружини. Показання L 2, яке, природно, буде більшим, також записується в зошит як L 2 = ... Простим арифметичною дією L 2 - L 1 = перебуває величина розтягування L.
4
За законом Гука: F упр. = KL. Отже, щоб знайти коефіцієнт пружності (k), треба силу розтягування пружини (F) розділити на величину подовження (L). k = F/L.
5
Щоб дослідним шляхом визначити коефіцієнт пружності заготовленої вами для візка пружини, її треба буде стискати. Ця робота значно складніше виконуваної в шкільній лабораторії. По-перше, заміряйте довжину пружини у вільному стані і запишіть результат (L 1).
6
Встановіть пружину вертикально в яку-небудь гільзу, залишивши вільної невелику верхню частину. Візьміть певний вантаж, наприклад, гімнастичну гирю 16, 24 або 32 кг. Встановіть її на верхній торець пружини і відзначте на гільзі або безпосередньо виміряйте лінійкою довжину стислої пружини (L 2). Обережно зніміть гирю.
7
Обчисліть значення L як різницю: L 1 - L 2. Підставте значення в уже відому формулу k = F/L. Підбирайте за формулою F = kL допустиму масу перевезеного вантажу, виходячи з величини стиснення пружини.
Зверніть увагу
Проявляйте максимальну обережність при роботі з пружиною. Вона, прагнучи розпрямитися, в будь-який момент може «вистрілити» в непередбаченому напрямку і нанести каліцтво.