Совет 1: Как найти жесткость пружины

В физике термин "жесткость пружины" называется более точно коэффициентом жесткости пружины. Чтобы определить опытным путем жесткость пружины, необходимо знать закон Гука: F=|kx|. Для вычисления искомой величины надо измерить две другие и далее, пользуясь законами математики, решить уравнение с одним неизвестным.
Как найти жесткость пружины
Вам понадобится
  • пружина, любой груз массой 100 грамм, линейка
Инструкция
1
Следует вертикально закрепить пружину. Измерить линейкой длину пружины до того, как на нее повесили груз и во время подвеса груза на ней. Вычислить разницу длин пружины. Получается, х = х1-х2, найдено удлинение пружины.
2
Подвесить на пружину любой груз массой 100 грамм. Этот груз действует на пружину с силой, равной 1 Ньютону. Следовательно, вторая величина уже известна. F= 1Н.
3
Согласно закону Гука, чтобы найти коэффициент жесткости пружины, надо разделить силу растяжения пружины на ее удлинение. k=F/х. Эти две величины уже определены эмпирическим путем.
Обратите внимание
Линейка измеряет удлинение в сантиметрах, если применить найденное значение без перевода в метры, получится ошибочный расчет жесткости пружины.
Полезный совет
1см =0,01м.
4 см= 4*0,01 = 0,04 м.

Совет 2 : Как найти коэффициент жесткости пружины

С точки зрения классической физики пружину можно назвать устройством, которое накапливает потенциальную энергию путем изменения расстояния между атомами материала, из которого эта пружина сделана. По виду воспринимаемой нагрузки пружины дифференцируются на: пружины сжатия, пружины изгиба, пружины кручения и пружины растяжения. При характеристике каждой такой пружины немаловажное значение уделяется коэффициенту ее жесткости.
Как найти коэффициент жесткости пружины
Вам понадобится
  • - пружина;
  • - линейка;
  • - груз;
  • - ручка;
  • - тетрадь;
  • - калькулятор.
Инструкция
1
Обратите внимание на то, что при деформации пружины возникает сила, стремящаяся восстановить первоначальные размеры и форму данного тела. Данная сила вызвана электромагнитным воздействием, возникающим между атомами и молекулами вещества, из которого сделана пружина. Эта сила называется силой упругости. Простейший вид – деформация растяжения и сжатия.
2
Закрепите вертикально один конец пружины, второй же ее конец оставьте свободным. Затем линейкой измерьте длину данной пружины: полученный результат запишите в тетради, обозначив его х1.
3
Подвесьте на свободный конец пружины стограммовый груз и повторно измерьте ее длину. Полученный в ходе измерения результат запишите в тетрадь, обозначив его х2.
4
Рассчитайте абсолютное удлинение стержня, которое представляет собой разницу между х2 и х1. При небольших растяжениях или сжатиях пружины сила упругости является пропорциональной деформации: она направлена в противоположную сторону от перемещения частиц тела при деформации. То есть, Fупр = |kx|, где k и является коэффициентом жесткости. Это соотношение выражает суть закона Гука. А значит, чтобы найти коэффициент жесткости пружины, следует силу растяжения тела разделить на удлинение данной пружины.
5
Не зная, чему равна сила растяжения пружины, невозможно вычислить коэффициент ее жесткости, поэтому найдите силу растяжения. Сила упругости или растяжения уравновешивает силу тяжести, действующую на подвешенный груз. Эта сила возникает исключительно при деформации тела. Итак, Fупр = - N = -mg. Отсюда следует, что mg = kx. А значит, k = mg/x. Подставьте известные значения в формулу и рассчитайте коэффициент жесткости пружины.
Обратите внимание
Помните: подставляемые в формулу величины переведены должны быть в систему СИ.
Полезный совет
Коэффициент жесткости пружины зависит от материала, из которого сделано данное тело, а также длины пружины и формы.
Источники:
  • Закон Гука

Совет 3 : Как определить силу упругости

В результате деформации физического тела всегда возникает сила, которая ей противодействует, стремясь вернуть тело в начальное положение. Определить эту силу упругости в простейшем случае можно по закону Гука.
Как определить силу упругости
Инструкция
1
Сила упругости, действующая на деформированное тело, возникает как следствие электромагнитного взаимодействия между его атомами. Существуют различные виды деформации: сжатие/растяжение, сдвиг, изгиб. Под воздействием внешних сил разные части тела движутся по-разному, отсюда искажение и сила упругости, которая направлена в сторону прежнего состояния.
2
Деформация растяжения/сжатия характеризуется направлением внешней силы вдоль оси предмета. Это может быть стержень, пружина, столб, колонна и другое тело, имеющее длинную форму. При искажении изменяется поперечное сечение, а сила упругости пропорциональна взаимному смещению частиц тела:Fупр = -k•∆x.
3
Эта формула называется законом Гука, однако применяется она не всегда, а лишь при относительно малых значениях ∆х. Величина k называется жесткостью и выражается в Н/м. Этот коэффициент зависит от исходного материала тела, а также формы и размеров, он пропорционален поперечному сечению.
4
При деформации сдвига объем тела не изменяется, но его слои меняют свое положение друг относительно друга. Сила упругости равна произведению коэффициента упругости при сдвиге, находящемуся в прямой зависимости от поперечного сечения тела, на величину угла между осью и касательной, в направлении которой действует внешняя сила:Fупр = D•α.
5
Изгиб является более сложным видом деформации, он заключается в воздействии силы на внутреннюю поверхность тела, при этом его концы фиксируются на основах. Примером может служить металлическая балка в составе строительной конструкции. Сила упругости в этом случае называется силой реакции опоры и по модулю равна силе тяжести, если нет дополнительной внешней силы:Fупр = -m•g.
6
Деформация бывает упругой и пластичной. При упругом искажении тело быстро принимает прежнюю форму после прекращения действия внешней силы, а при пластичной этого не происходит. Это зависит от величины воздействия, но в большей степени от материала, из которого сделано тело. Например, пластилин способен принять любую форму, а резина вернется в первоначальное состояние (при нормальной температуре).
Видео по теме

Совет 4 : Как найти коэффициент жесткости

Жесткость – это способность детали или конструкции противодействовать приложенной к нему внешней силе, по возможности сохраняя свои геометрические параметры. Основная характеристика жесткости – коэффициент жесткости.
Как найти коэффициент жесткости
Вам понадобится
  • - рессорная пружина;
  • - грузы с определенной массой;
  • - линейка;
  • - тетрадь для записей;
  • - калькулятор.
Инструкция
1
Представьте, что вы решили своими руками соорудить грузовую тележку для мотоцикла или автомобиля, чтобы вывозить мусор со двора, привозить с поля урожай и так далее. Желательно, чтобы тележка была на рессорах. Если у вас есть пружинные рессоры, и вы знаете их коэффициент жесткости, вы можете вычислить, какой массы груз они способны нести. Коэффициент жесткости также можно вычислить опытным путем.
2
Различные пружины предназначены для работы на сжатие, растяжение, кручение или изгиб. В школе на уроках физики детей учат определять коэффициент жесткости пружины, работающей на растяжение. Для этого на штативе вертикально подвешивается пружина в свободном состоянии. Один из учеников с помощью линейки замеряет ее длину. И результат записывается в тетрадь как L 1 = …
3
Затем к нижнему концу подвешивается груз определенной массы, например, 0.1 кг. Он воздействует на пружину, растягивая ее, с силой 1Ньютон (1Н). Напарник измеряет получившуюся длину растянутой пружины. Показание L 2, которое, естественно, будет большим, также записывается в тетрадь как L 2 = … Простым арифметическим действием L 2 – L 1 = находится величина растяжения L.
Как найти <b>коэффициент</b> <strong>жесткости</strong>
4
По закону Гука: F упр. = kL. Следовательно, чтобы найти коэффициент упругости (k), надо силу растяжения пружины (F) разделить на величину удлинения (L). k = F/L.
5
Чтобы опытным путем определить коэффициент упругости заготовленной вами для тележки пружины, ее надо будет сжимать. Эта работа значительно сложнее выполняемой в школьной лаборатории. Во-первых, замерьте длину пружины в свободном состоянии и запишите результат(L 1).
6
Установите пружину вертикально в какую-нибудь гильзу, оставив свободной небольшую верхнюю часть. Возьмите определенный груз, например, гимнастическую гирю 16, 24 или 32 кг. Установите ее на верхний торец пружины и отметьте на гильзе или непосредственно измерьте линейкой длину сжатой пружины (L 2). Осторожно снимите гирю.
7
Вычислите значение L как разницу: L 1 - L 2. Подставьте значения в уже известную формулу k = F/L. Подбирайте по формуле F = kL допустимую массу перевозимого груза, исходя из величины сжатия пружины.
Видео по теме
Обратите внимание
Проявляйте максимальную осторожность при работе с пружиной. Она, стремясь распрямиться, в любой момент может «выстрелить» в непредсказуемом направлении и нанести увечье.

Совет 5 : Как определить коэффициент жесткости

Коэффициент жесткости показывает, какую силу нужно приложить к телу, чтобы упруго деформировать его на единицу длины. Речь идет именно об упругой деформации, когда тело после воздействия на него снова принимает прежнюю форму. Для того чтобы найти эту величину, нужно деформировать тело, приложив к нему силу, или измерить потенциальную энергию его деформации.
Как определить коэффициент жесткости
Вам понадобится
  • - калькулятор;
  • - динамометр;
  • - линейка.
Инструкция
1
Присоедините к телу динамометр и потяните за него, деформировав тело. Сила, которую покажет динамометр, будет по модулю равна силе упругости, действующей на тело. Найдите коэффициент жесткости, используя закон Гука, который говорит о том, что сила упругости прямо пропорциональна его удлинению и направлена в сторону, противоположную деформации. Рассчитайте коэффициент жесткости, поделив значение силы F на удлинение тела x, которое измерьте линейкой или рулеткой k=F/x. Чтобы найти удлинение деформированного тела вычтите длину деформированного тела от его первоначальной длины. Коэффициент жесткости измеряется в Н/м.
2
Если нет динамометра, подвесьте к деформируемому телу груз известной массы. Следите, чтобы тело деформировалось упруго и не разрушилось. В этом случае вес груза будет равен силе упругости, действующей на тело, коэффициент жесткости которого нужно найти, например, пружины. Рассчитайте коэффициент жесткости, поделив произведение массы m и ускорения свободного падения g≈9,81 м/с² на удлинение тела x, k=m•g/x. Удлинение измерьте по методике, предложенной в предыдущем пункте.
3
Пример. Под грузом 3 кг пружина длиной 20 см стала 26 см, определите ее жесткость. Сначала найдите удлинение пружины в метрах. Для этого от длины удлиненной пружины, вычтите ее длину в нормальном состоянии х=26-20=6 см=0,06 м. Вычислите жесткость, используя соответствующую формулу k=m•g/x=3•9,81/0,06≈500 Н/м.
4
В том случае, когда известна потенциальная энергия упруго деформированного тела, вычислите его жесткость. Для этого дополнительно измерьте его удлинение. Жесткость будет равна удвоенной потенциальной энергии Ер поделенной на квадрат удлинения тела х, k=2•Ep/x². Например, если мяч деформировался на 2 см и получил потенциальную энергию 4 Дж, то его жесткость k=2•4/0,02²=20000 Н/м.
Совет полезен?
Поиск
Добавить комментарий к статье
Осталось символов: 500