Коли ви стискаєте або розширюєте пружину, вона надає силу, протилежну силі, яку ви чините, намагаючись повернутися в положення рівноваги. Величина сили характерна для пружини і представлена константою пружини, k. Відповідно до Закон Гука, взаємозв'язок між продовженням х і сила F це:
F = -kx
Знак мінус означає, що сила, яка діє на пружину, знаходиться у напрямку, протилежному розтягуванню.
Зв'язок між силою та розтяжкою є лінійною, що означає, що якщо ви плануєте силу проти. графік розширення, ви отримаєте пряму лінію. Це пройде через початок (х = 0; F = 0), а його нахил буде дорівнює постійній пружини, k.
Перетворити на Force
Найпростіший спосіб отримати значення для графіка закону Гука - підвісити пружину до гачка та прикріпити ряд ваг, значення яких відомі. Однак ваги, як правило, вимірюються в грамах або кілограмах, що є одиницями маси. Однак їх легко перевести в одиниці сили.
Все, що вам потрібно зробити, це помножити масу на прискорення за рахунок сили тяжіння, яке в метричній системі МКС становить 9,8 м / с
2 а в системі CGS - 980 см / с2. Якщо ваші ваги відкалібровані у фунтах, помножте на 32 фути / с2 щоб перетворити їх у фунти сили.Ви все ще можете отримати графік з прямою лінією та екстраполювати значення k від схилу, навіть якщо ви не робите ці перетворення, а значення для k буде в неправильних одиницях і матиме значення, відмінне від того, яке ви отримуєте, якщо перетворюєте.
Побудуйте два бали або більше
Щоб побудувати пряму лінію, вам потрібні лише дві точки, а це означає, що вам потрібно лише зробити два вимірювання. Хороша ідея заробити більше, хоча - принаймні три-чотири. Додаткові виміри - це страхування. Якщо вони не потрапляють на лінію, створену вихідними двома точками, щось може бути не так із пружиною або вагами, які ви використовуєте.
Щоб побудувати точки, підвісьте пружину вертикально до гачка та зафіксуйте її продовження за допомогою лінійки. Прикріпіть відому вагу до вільного кінця та запишіть нове розширення. Різниця в тому х. Після того, як ви розрахуєте силу, яка діє на вагу, ви отримаєте свою першу точку (х1, F1). Побудуйте різні точки, змінюючи вагу та записуючи нове розширення. Закінчивши побудову точок, проведіть лінію через точки, найближче до всіх.
Виміряйте нахил графіка розширення сили
Загалом, ви можете знайти нахил прямої, вибравши дві точки та сформувавши a співвідношення підйому та пробігу між цими двома точками. Якщо першим пунктом, який ви вибрали, є (х1, F1), а другим пунктом є (х2, F2), нахил лінії:
\ text {нахил} = \ frac {F_2 - F_1} {x_2 - x_1}
Припускаючи F2 більше, ніж F1.
Це значення постійної пружини, k. Незважаючи на знак мінуса в рівнянні закону Гука, k є додатним числом, оскільки нахил у графіку закону Гука є додатним.
Зверніть увагу, що константа пружини має одиниці сили / відстані. У системі MKS одиниці постійної пружини - ньютони / метр. У системі CGS вони складають дини / сантиметр. В імперській системі вони є фунтами сили (фунтf) / фут.
Тепер, коли у вас є константа пружини, ви можете точно передбачити, наскільки пружина розтягнеться або стиснеться, коли ви піддаєте її дії будь-якої сили.