Zawartość
Jak omówiono w „Podstawach fizyki” Hallidaya i Resnicka, prawo Hooke'a stwierdza, że formuła odnosząca się do siły wywieranej przez sprężynę, w funkcji jej przesunięcia od długości równowagi, to siła F = -kx. x tutaj jest miarą przesunięcia swobodnego końca sprężyny z jej nieobciążonego, nieobciążonego położenia. k jest stałą proporcjonalności zwaną „sztywnością” i jest specyficzna dla każdej sprężyny. Znak minus znajduje się z przodu, ponieważ siła wywierana przez sprężynę jest siłą „powrotną”, co oznacza, że przeciwstawia się ona kierunkowi przemieszczenia x, próbując przywrócić sprężynę do położenia nieobciążonego. Równanie sprężyny zwykle dotyczy przesunięcia x w obu kierunkach - zarówno przesunięcia rozciągającego, jak i ściskającego - chociaż mogą istnieć wyjątki. Jeśli nie znasz wartości k dla konkretnej sprężyny, możesz skalibrować sprężynę, używając masy znanej masy.
Określ położenie swobodnego końca sprężyny, jeśli jest ona luźno zawieszona - jej drugi koniec jest przymocowany do czegoś litego jak ściana.
Zdecyduj, jakie przesunięcie x od pozycji równowagi chcesz poznać siłę sprężyny, mierząc ją w metrach.
Pomnóż x przez -k, aby znaleźć siłę wywieraną przez sprężynę, aby spróbować powrócić do położenia równowagi. Jeśli x jest w metrach, a k jest w kilogramach na sekundę do kwadratu, wówczas siła F jest w niutonach, jednostce SI siły.
Jeśli nie znasz k, przejdź do następnego kroku, aby to ustalić.
Znajdź stałą proporcjonalności sprężyny k, wieszając ciężar o znanej masie m, najlepiej w kilogramach, z wolnego końca sprężyny, po ustawieniu jej w pionie. Na podstawie wynikowego przesunięcia można wyznaczyć k na podstawie zależności k = -mg / x, gdzie g jest stałą przyspieszenia grawitacyjnego 9,80 m / s ^ 2, gdzie daszek ^ oznacza potęgowanie.
Na przykład, jeśli sprężyna wypiera x = 5 centymetrów pod obciążeniem 5 kilogramów, to k = - 5 kg x 9,80 m / s ^ 2 / (-0,05 m) = 980 kg / s ^ 2. Zatem można następnie rozwiązać problem z siłą przywracającą F, gdy przemieszczenie x wynosi, powiedzmy, 10 cm, następująco: F = (-980 kg / s ^ 2) (0,10 m) = -9,8 Newtonów.