Содержание
Когда вы сжимаете или растягиваете пружину, она прилагает усилие, противоположное усилию, которое вы прикладываете, чтобы вернуться в равновесное положение. Величина силы характерна для пружины и представлена постоянной пружины, К, Согласно закону Хукса, связь между продлением Икс и сила F является:
F = -kxЗнак минус означает, что сила, действующая на пружину, направлена в направлении, противоположном удлинению.
Соотношение между силой и растяжением является линейным, что означает, что если вы построите график зависимости силы от растяжения, вы получите прямую линию. Пройдет через начало координат (Икс = 0; F = 0), а его наклон будет равен постоянной пружины, К.
Преобразовать в силу
Самый простой способ получить значения для графика закона Хукса - это подвесить пружину к крючку и прикрепить ряд весов, значения которых известны. Однако веса обычно измеряются в граммах или килограммах, которые являются единицами массы. Однако их легко преобразовать в единицы силы. Все, что вам нужно сделать, это умножить массу на ускорение силы тяжести, которое в метрической системе MKS составляет 9,8 м / с.2 а в системе СГС это 980 см / с2, Если ваш вес откалиброван в фунтах, умножьте на 32 фута / с2 превратить их в фунты силы.
Вы все еще можете получить график с прямой линией и экстраполировать значение К со склона, даже если вы не делаете эти преобразования, но значение для К будет в неправильных единицах и будет иметь значение, отличное от того, которое вы получите при конвертации.
Нарисуйте две точки или больше
Чтобы построить прямую линию, вам нужно всего две точки, а это значит, что вам нужно сделать только два измерения. Это хорошая идея, чтобы заработать больше, по крайней мере, три или четыре. Дополнительные измерения страховки. Если они не попадают на линию, созданную двумя исходными точками, что-то может быть не так с пружиной или с весами, которые вы используете.
Чтобы построить точки, подвесьте пружину вертикально на крюке и запишите ее удлинение, используя линейку. Прикрепите известный вес к свободному концу и запишите новое расширение. Разница в том, Икс, После того, как вы вычислили силу, оказываемую весом, у вас есть первая точка (Икс1, F1). Нанесите на карту различные точки, изменив вес и записав новое расширение. Когда вы закончите рисовать точки, проведите линию через точки, наиболее близкие к касанию их всех.
Измерьте наклон графика расширения силы
В общем, вы можете найти наклон линии, выбрав две точки и сформировав соотношение подъема и пробега между этими двумя точками. Если первое, что вы выбираете, это (Икс1, F1), а второй пункт (Икс2, F2), наклон линии:
{slope} = frac {F_2 - F_1} {x_2 - x_1}при условии, F2 больше чем F1.
Это значение постоянной пружины, К, Несмотря на знак минус в уравнении закона Хукса, К является положительным числом, потому что наклон в графе закона Хукса является положительным.
Обратите внимание, что у пружины есть единицы силы / расстояния. В системе MKS единицами постоянной пружины являются ньютоны / метр. В системе CGS они составляют дин / сантиметр. В имперской системе это фунты силы (фунте) /ступня.
Теперь, когда у вас есть постоянная пружины, вы можете точно предсказать, насколько пружина будет растягиваться или сжиматься, когда вы подвергаете ее воздействию любой силы.