เมื่อคุณบีบอัดหรือขยายสปริง สปริงจะออกแรงตรงข้ามกับแรงที่คุณออกเพื่อพยายามกลับสู่ตำแหน่งสมดุล ปริมาณของแรงเป็นคุณลักษณะของสปริงและแสดงด้วยค่าคงที่สปริง k. ตามที่ กฎของฮุก, ความสัมพันธ์ระหว่างนามสกุล x และบังคับ F คือ:
F = -kx
เครื่องหมายลบแสดงว่าแรงที่กระทำโดยสปริงอยู่ในทิศทางตรงกันข้ามกับการยืดออก
ความสัมพันธ์ระหว่างแรงกับแรงยืดเป็นเส้นตรง ซึ่งหมายความว่าหากคุณพล็อตแรงเทียบกับ กราฟส่วนขยาย คุณจะได้เส้นตรง มันจะผ่านจุดกำเนิด (x = 0; F = 0) และความชันจะเท่ากับค่าคงที่สปริง k.
แปลงเป็นกำลัง
วิธีที่ง่ายที่สุดในการหาค่าของกราฟกฎของฮุกคือการระงับสปริงจากตะขอแล้วแนบชุดของตุ้มน้ำหนักที่ทราบค่า อย่างไรก็ตาม โดยทั่วไปแล้ว น้ำหนักจะวัดเป็นกรัมหรือกิโลกรัม ซึ่งเป็นหน่วยของมวล มันง่ายที่จะแปลงพวกมันเป็นหน่วยของแรง
สิ่งที่คุณต้องทำคือคูณมวลด้วยความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วง ซึ่งในระบบเมตริก MKS คือ 9.8 m/s2 และในระบบ CGS คือ 980 cm/s2. หากตุ้มน้ำหนักของคุณได้รับการสอบเทียบเป็นปอนด์ ให้คูณด้วย 32 ft/s2 เพื่อแปลงเป็นแรงปอนด์
คุณยังสามารถรับกราฟที่มีเส้นตรงและประมาณค่าของ k จากความชันแม้ว่าคุณจะไม่ได้ทำการแปลงเหล่านี้ แต่มูลค่าของ
k จะอยู่ในหน่วยที่ไม่ถูกต้องและจะเป็นค่าที่แตกต่างจากที่คุณได้รับหากคุณทำการแปลงพล็อตสองจุดหรือมากกว่า
ในการพลอตเส้นตรง คุณต้องมีจุดสองจุดเท่านั้น ซึ่งหมายความว่าคุณต้องสร้าง สองวัด. เป็นความคิดที่ดีที่จะทำมากกว่านี้ – อย่างน้อยสามหรือสี่ การวัดพิเศษเป็นการประกัน หากไม่ตกบนเส้นที่เกิดจากจุดสองจุดเดิม อาจมีบางอย่างผิดปกติกับสปริงหรือตุ้มน้ำหนักที่คุณใช้
ในการวาดจุด ให้ระงับสปริงในแนวตั้งจากตะขอแล้วบันทึกส่วนขยายโดยใช้ไม้บรรทัด แนบน้ำหนักที่ทราบเข้ากับปลายอิสระและบันทึกส่วนขยายใหม่ ความแตกต่างคือ x. หลังจากที่คุณคำนวณแรงที่กระทำโดยน้ำหนัก คุณจะได้จุดแรก (x1, F1). พล็อตจุดต่างๆ ด้วยการเปลี่ยนน้ำหนักและบันทึกส่วนขยายใหม่ เมื่อคุณวาดจุดเสร็จแล้ว ให้ลากเส้นผ่านจุดที่ใกล้กับจุดทั้งหมดมากที่สุด
วัดความชันของกราฟส่วนขยายแรง
โดยทั่วไป คุณสามารถหาความชันของเส้นได้โดยเลือกจุดสองจุดแล้วสร้าง a อัตราส่วน ของการเพิ่มขึ้นและการวิ่งระหว่างจุดทั้งสองนี้ หากจุดแรกที่คุณเลือกคือ (x1, F1) และจุดที่สองคือ (x2, F2) ความชันของเส้นคือ:
\text{slope}=\frac{F_2 - F_1}{x_2 - x_1}
สมมติ F2 มีขนาดใหญ่กว่า F1.
นี่คือค่าคงที่สปริง k. แม้จะมีเครื่องหมายลบในสมการกฎของฮุค k เป็นจำนวนบวก เพราะความชันในกราฟกฎของฮุกเป็นบวก
โปรดทราบว่าค่าคงที่สปริงมีหน่วยของแรง/ระยะทาง ในระบบ MKS หน่วยคงตัวสปริงคือนิวตัน/เมตร ในระบบ CGS คือ dynes/cmimeter ในระบบจักรวรรดิ พวกมันคือปอนด์ของแรง (lbฉ) /เท้า.
เมื่อคุณมีค่าคงที่ของสปริงแล้ว คุณสามารถคาดการณ์ได้ว่าสปริงจะขยายหรือบีบอัดมากน้อยเพียงใดเมื่อคุณอยู่ภายใต้แรงใดๆ