المحتوى
عندما تضغط أو تطول نبعًا ، فإنها تمارس قوة معاكسة للقوة التي تمارسها في محاولة للعودة إلى وضع التوازن. مقدار القوة هو سمة الربيع ويمثلها ثابت الربيع ، ك. وفقا للقانون هوكس ، والعلاقة بين التمديد إكس والقوة F يكون:
F = -kx
تشير علامة الطرح إلى أن القوة التي تمارسها الربيع هي في الاتجاه المعاكس للامتداد.
العلاقة بين القوة والامتداد علاقة خطية ، مما يعني أنه إذا قمت برسم مخطط القوة مقابل التمديد ، فستحصل على خط مستقيم. سوف تمر عبر الأصل (إكس = 0; F = 0) ، وسيكون ميله مساوياً لثبات الربيع ، ك.
تحويل إلى القوة
تتمثل أسهل طريقة للحصول على قيم للرسم البياني لقانون Hookes في تعليق النابض من الخطاف وإرفاق سلسلة من الأوزان المعروفة بقيمها. ومع ذلك ، عادة ما تقاس الأوزان بالجرام أو الكيلوجرام ، وهي وحدات الكتلة. من السهل تحويلها إلى وحدات قوة ، رغم ذلك. كل ما عليك فعله هو مضاعفة الكتلة من خلال التسارع الناتج عن الجاذبية ، والتي في النظام المتري MKS يبلغ 9.8 م / ث2 وفي نظام CGS هو 980 سم / ثانية2. إذا تمت معايرة أوزانك بالجنيه ، فاضربها 32 قدمًا / ثانية2 لتحويلها إلى جنيه من القوة.
لا يزال بإمكانك الحصول على رسم بياني بخط مستقيم واستنباط قيمة ك من المنحدر حتى لو لم تقم بإجراء هذه التحويلات ، ولكن القيمة من أجل ك ستكون في الوحدات الخاطئة وستكون قيمة مختلفة عن القيمة التي تحصل عليها إذا أجريت التحويل.
ارسم نقطتين أو أكثر
لرسم خط مستقيم ، تحتاج فقط إلى نقطتين ، مما يعني أنك تحتاج فقط إلى إجراء قياسين. انها فكرة جيدة لبذل المزيد ، رغم ذلك - على الأقل ثلاثة أو أربعة. القياسات الإضافية هي التأمين. إذا لم تقع على الخط الذي أنشأته النقطتان الأصليتان ، فقد يكون هناك خطأ ما في الربيع أو مع الأوزان التي تستخدمها.
لرسم النقاط ، قم بتعليق الزنبرك رأسياً من الخطاف وتسجيل امتداده ، باستخدام المسطرة. نعلق وزنا معروفا إلى النهاية الحرة وتسجيل التمديد الجديد. والفرق هو إكس. بعد حساب القوة التي تمارسها الوزن ، لديك النقطة الأولى (إكس1, F1). ارسم نقاط مختلفة عن طريق تغيير الوزن وتسجيل الامتداد الجديد. عندما تنتهي من رسم نقاط ، ارسم خطًا عبر النقاط الأقرب إلى لمسها جميعًا.
قياس ميل الرسم البياني قوة التمديد
بشكل عام ، يمكنك العثور على ميل الخط باختيار نقطتين وتشكيل نسبة الارتفاع والتشغيل بين هاتين النقطتين. إذا كانت النقطة الأولى التي تختارها هي (إكس1, F1) ، والنقطة الثانية هي (إكس2, F2) ، ميل الخط هو:
{slope} = frac {F_2 - F_1} {x_2 - x_1}
على افتراض F2 أكبر من F1.
هذه هي قيمة ثابت الربيع ، ك. على الرغم من علامة الطرح في معادلة قانون Hookes ، ك رقم موجب ، لأن الميل في الرسم البياني لقانون Hookes إيجابي.
لاحظ أن ثابت الربيع يحتوي على وحدات القوة / المسافة. في نظام MKS ، تكون الوحدات الثابتة في الربيع نيوتن / متر. في نظام CGS ، فهي ديناميات / سنتيمتر. في النظام الإمبراطوري ، هم رطل من القوة (رطلF) / قدم.
الآن بما أن لديك ثابت الزنبرك ، فيمكنك التنبؤ بالضبط كم سيوزع الزنبرك أو يضغط عند إخضاعه لأي قوة.