Когато компресирате или удължите пружина, тя упражнява сила, противоположна на силата, която упражнявате, за да се върнете в равновесното си положение. Размерът на силата е характерен за пружината и е представен от пружинна константа, к. Според Законът на Хук, връзката между удължаване х и сила F е:
F = -kx
Знакът минус означава, че силата, упражнявана от пружината, е в посока, обратна на удължението.
Връзката между сила и удължение е линейна, което означава, че ако начертаете сила срещу. графика за разширение, ще получите права линия. Той ще премине през произхода (х = 0; F = 0), а наклонът му ще бъде равен на пружинната константа, к.
Преобразуване в сила
Най-лесният начин да получите стойности за графика на закона на Хук е да окачите пружината от кука и да прикачите поредица от тежести, чиито стойности са известни. Обаче теглото обикновено се измерва в грамове или килограми, които са единици за маса. Лесно е обаче да ги преобразувате в силови единици.
Всичко, което трябва да направите, е да умножите масата по ускорението поради гравитацията, което в метричната система MKS е 9,8 m / s
Все още можете да получите графика с права линия и да екстраполирате стойност от к от наклона, дори ако не направите тези преобразувания, а стойността за к ще бъде в грешни единици и ще бъде различна от тази, която получавате, ако направите преобразуването.
Начертайте две точки или повече
За да начертаете права линия, са ви необходими само две точки, което означава, че трябва само да направите две измервания. Добра идея е обаче да направите повече - поне три или четири. Допълнителните измервания са застраховка. Ако те не попаднат на линията, създадена от оригиналните две точки, нещо може да се обърка с пружината или с тежестите, които използвате.
За да начертаете точките, окачете пружината вертикално от куката и запишете нейното удължение с помощта на линийка. Прикрепете известна тежест към свободния край и запишете новото разширение. Разликата е х. След като изчислите силата, упражнявана от тежестта, имате първата си точка (х1, F1). Начертайте различни точки, като промените тежестта и запишете новото удължение. Когато приключите с нанасянето на точки, начертайте линия през точките, която е най-близо до докосването на всички тях.
Измерете наклона на графиката за удължаване на силата
Като цяло можете да намерите наклона на линията, като изберете две точки и оформите a съотношение на нарастването и бягането между тези две точки. Ако първата точка, която изберете е (х1, F1), а втората точка е (х2, F2), наклонът на линията е:
\ text {наклон} = \ frac {F_2 - F_1} {x_2 - x_1}
Ако приемем F2 е по-голям от F1.
Това е стойността на пружинната константа, к. Въпреки знака минус в уравнението на закона на Хук, к е положително число, тъй като наклонът в графика на закона на Хук е положителен.
Имайте предвид, че пружинната константа има единици сила / разстояние. В системата MKS, пружинните постоянни единици са нютони / метър. В системата CGS те са дини / сантиметър. В имперската система те са килограми сила (lbе) /крак.
Сега, когато имате пружинната константа, можете да предскажете колко точно ще се разтегне или компресира пружината, когато я подложите на някаква сила.