Чому дорівнює жорсткість пружини?
Ви добре вчили фізику в школі? Знаєте основні фізичні закони і змогли б ось так просто взяти і розрахувати, наприклад, жорсткість пружини? Почнемо з теоретичних знань. Жорсткість пружини - це коефіцієнт, що зв`язує подовження пружного тіла і виникає внаслідок цього подовження силу пружності. Жорсткість пружини ще називають коефіцієнтом пружності або коефіцієнтом Гука, так як відноситься жорсткість пружини саме до закону Гука. Що ж таке сила пружності, яка згадується в даному законі? Сила пружності - це сила, яка виникає при деформації тіла і протидіє цій деформації.
математичний метод
Як визначити жорсткість пружини або ж, за термінологією такий науки, як фізика, коефіцієнт жорсткості пружини? Для цього потрібно знати просту формулу, по якій і вираховується жорсткість пружини. Ця формула, а точніше закон Гука, виглядає так: F = | kx |, де k - це коефіцієнт пружності пружини, x - це подовження пружини або ж, як її ще називають, величина деформації пружини. А величина, позначена буквою F, відповідно, сила пружності, яку ми і вираховуємо. Щоб дізнатися, яка жорсткість пружини необхідно виміряти дві інші величини, позначені у формулі, користуючись стандартними математичними законами. Далі слід просто вирішити рівняння з одним невідомим.
досвідчений метод
Щоб зрозуміти, як знайти жорсткість пружини, а точніше, визначити коефіцієнт жорсткості пружини досвідченим шляхом, слід зробити наступні маніпуляції. Вам необхідно деформувати тіло, докладаючи до нього силу. Найпростіший вид деформації - це стиснення або розтягнення. Коефіцієнт жорсткості показує саме те, яку силу необхідно прикласти до тіла, щоб пружно деформувати його на одиницю довжини. Ми зараз говоримо про пружної деформації, коли тіло приймає свою первинну форму після скоєння впливу на нього. Для того щоб провести цей наочний експеримент вам будуть потрібні наступні речі:
- калькулятор,
- ручка,
- зошит,
- пружина,
- лінійка,
- вантаж.
Отже, один кінець пружини закріпіть вертикально, а другий залиште вільним. Виміряйте довжину пружини і запишіть результат в зошит (це буде значення x1). Підвісьте до вільного кінця пружини вантаж вагою в сто грамів і знову виміряйте довжину пружини, запишіть значення (x2). Розрахуйте абсолютне подовження пружини (різниця значень x1 і x2). При невеликих сжатіях і розтягненнях сила пружності пропорційна деформації. Тут вже застосовуємо Закон Гука, згідно з яким Fупр = | kx |, де k і є коефіцієнтом жорсткості. Для того щоб знайти потрібний нам коефіцієнт жорсткості треба силу розтягування розділити на подовження пружини. Силу розтягування знаходимо наступним чином: Fупр = - N = -mg. Звідси випливає, що mg = kx. А значить, k = mg / x. Далі все просто: підставте відомі вам значення в формулу і знайдіть, чому дорівнює жорсткість пружини.
