Содержание
Как обсуждалось в «Основах физики» Хэллидея и Резника, закон Гука гласит, что формула, связывающая силу, действующую на пружину, в зависимости от ее смещения от длины равновесия, равна силе F = -kx. х здесь мера смещения свободного конца пружины из ненагруженного, ненапряженного положения. k - это константа пропорциональности, называемая «жесткостью», и она специфична для каждой пружины. Знак минус находится спереди, потому что сила, действующая на пружину, является «возвратной» силой, то есть она противодействует направлению смещения x, пытаясь вернуть пружину в ее ненагруженное положение. Пружинное уравнение обычно выполняется для смещения x в обоих направлениях - как растяжения, так и сжатия смещения - хотя могут быть исключения. Если вы не знаете k для конкретной пружины, вы можете откалибровать вашу пружину, используя вес известной массы.
Определите положение свободного конца пружины, если он болтается свободно - другой его конец прикреплен к чему-то твердому, например стене.
Решите, какое смещение х из положения равновесия вы хотите узнать силу пружины, измеряя ее в метрах.
Умножьте x на -k, чтобы найти силу, которую прилагает пружина, чтобы попытаться вернуться в положение равновесия. Если x в метрах, а k в килограммах на секунду в квадрате, то сила F в ньютонах, единица СИ для силы.
Если вы не знаете k, перейдите к следующему шагу, чтобы определить его.
Найдите константу пропорциональности пружины k, повесив груз свободного веса m, предпочтительно в килограммах, со свободного конца пружины после ее вертикального позиционирования. По полученному смещению вы можете определить k по соотношению k = -mg / x, где g - константа гравитационного ускорения 9.80m / s ^ 2, где символ ^ указывает возведение в степень.
Например, если пружина смещается на x = 5 сантиметров под нагрузкой 5 кг, то k = - 5 кг x 9,80 м / с ^ 2 / (-0,05 м) = 980 кг / с ^ 2. Таким образом, впоследствии вы можете решить для его восстанавливающей силы F, когда смещение x составляет, скажем, 10 см, следующим образом F = (-980 кг / с ^ 2) (0,10 м) = -9,8 Ньютона.