Hvordan beregne Spring Force

Hvordan beregne Spring Force


Som diskutert i Halliday og Resnick er "Fundamentals of Physcis," Hookes lov sier at formelen som gjelder den kraft som utøver en fjær, som en funksjon av dens forskyvning fra sin likevekts lengde, er kraften F = -kx. x er her et mål for forskyvningen av den frie ende av fjæren fra dens ubelastede, ubelastet posisjon. k er en proporsjonalitetskonstant kalt "stivhet", og er spesifikk for hver fjær. Minustegnet er foran fordi kraften som fjæren utøver er en "tilbake" force, noe som betyr at det motsetter retning av forskyvning x, i et forsøk på å komme tilbake til våren til sin losset posisjon. Våren ligningen vanligvis holder for forskyvning x i begge retninger - både strekke og komprimere forskyvning - selv om det kan være unntak. Hvis du ikke vet k for en bestemt våren, kan du kalibrere våren ved hjelp av en vekt på kjent masse.

Bruksanvisning

1 Bestemme posisjonen til den frie enden av fjæren, hvis hengende løst - sin andre ende er festet til noe fast stoff ut som en vegg.

2 Bestem hva forskyvning x fra likevektsposisjonen du ønsker å vite fjærkraften, måle det i meter.

3 Multiplisere x -k ved å finne den kraft som fjæren utøver for å forsøke å gå tilbake til sin likevektsstilling. Hvis x er i meter, og k er i kilo per sekund-squared, da kraften F er i Newton, SI enhet for kraft.

Hvis du ikke vet k, går du videre til neste trinn for å bestemme det.

4 Finn vårens proporsjonalitetskonstanten k ved å henge en vekt på kjent masse m, fortrinnsvis i kilo, fra den frie enden av våren, etter å plassere den vertikalt. Fra den resulterende fortrengning, kan du bestemme k ved relasjonen k = -mg / x, der g er tyngdens akselerasjon konstant 9.80m / s ^ 2, hvor cirkumflekstegnet ^ indikerer potenser.

For eksempel, hvis fjæren forskyver x = 5 cm under en belastning på 5 kg, så k = - 5 kg x 9,80 m / s ^ 2 / (-0.05m) = 980 kg / s ^ 2. Så da kan du senere løse for sin gjenopprettende kraft F når forskyvningen x er, si, 10 cm, som følger F = (-980 kg / s ^ 2) (0,10 M) = -9,8 Newton.

Hint

  • Formelen er nøyaktig bare opp til et punkt. For store x vil det ikke være nøyaktig. Forskyvning x i begge retninger vil ikke nødvendigvis bevirke den samme størrelsesorden av gjenopprettende kraft, for eksempel hvis vindingene av fjæren s spole er tett bundet i den avslappede, likevektsstilling.