Sådan beregnes Spring Force

Som beskrevet i Halliday og Resnick's "Fundamentals of Physcis" hedder Hooke's lov, at formlen vedrørende den kraft en fjeder udøver som en funktion af dens forskydning fra dens ligevægtslængde, er kraften F = -kx. x her er et mål for forskydningen af ​​den frie ende af foråret fra dens aflæsede, ubelastede position. k er en proportionalitetskonstant kaldet "stivhed" og er specifik for hver forår. Minustegnet er foran, fordi den kraft, som fjederen udøver, er en "tilbagevendende" kraft, hvilket betyder, at den modsætter forskydningsretningen x, i et forsøg på at vende fjederen tilbage til sin aflæsede position. Fjederligningen rummer normalt for forskydning x i begge retninger - både strække og komprimere forskydning - selv om der kan være undtagelser. Hvis du ikke k kan kende en bestemt forår, kan du kalibrere din kilde med en vægt af kendt masse.

Bestem positionen for den frie ende af foråret, hvis den hænger løst - den anden ende fastgøres til noget fast som en mur.

Bestem hvilken forskydning x fra ligevægtspositionen, du vil kende fjederkraften, måle den i meter.

Multiplicer x ved -k for at finde den kraft, som fjederen udøver at forsøge at vende tilbage til dens ligevægtsposition. Hvis x er i meter, og k er i kilogram pr. Sekund kvadreret, så styr F er i Newtons, SI-enheden for kraft.

Hvis du ikke k k, fortsæt til næste trin for at bestemme det .

Find forårets proportionalitetskonstant k ved at hænge en vægt af kendt masse m, fortrinsvis i kilo, fra den frie ende af foråret, efter at den er placeret lodret. Fra den resulterende forskydning kan du bestemme k ved forholdet k = -mg /x, hvor g er gravitationsaccelerationen konstant 9.80m /s ^ 2, hvor karmen ^ angiver eksponering.

Hvis f.eks. fjederen forskyder x = 5 centimeter under en belastning på 5 kg, så k = - 5 kg x 9,80 m /s ^ 2 /(-0,05 m) = 980 kg /s ^ 2. Så så kan du efterfølgende løse sin gendannelseskraft F, når forskydningen x er, siger 10cm, som følger F = (-980 kg /s ^ 2) (0,10m) = -9,8 Newtons.

Advarsel

Formlen er præcis kun op til et punkt. For store x vil det ikke være korrekt. Forskydning x i begge retninger vil ikke nødvendigvis påvirke den samme størrelse af genoprettende kraft, f.eks. hvis drejningen af ​​fjederspolen er tæt bundet i den afslappede ligevægtstilstand.