science >> Wetenschap >  >> Fysica

Hoe Spring Force

te berekenen

Zoals besproken in "Grondbeginselen van Physcis" van Halliday en Resnick, zegt Hooke's wet dat de formule met betrekking tot de kracht die een veer uitoefent, als een functie van zijn verplaatsing van zijn evenwichtslengte, kracht F = -kx is . x hier is een maat voor de verplaatsing van het vrije uiteinde van de veer van zijn onbelaste, ongespannen positie. k is een proportionaliteitsconstante die de "stijfheid" wordt genoemd en is specifiek voor elke veer. Het minteken staat vooraan omdat de kracht die de veer uitoefent een "terugkerende" kracht is, wat betekent dat deze de verplaatsingsrichting x tegenwerkt, in een poging om de veer terug te brengen naar zijn onbelaste positie. De veervergelijking geldt meestal voor verplaatsing x in beide richtingen - zowel rek- als comprimeerverplaatsing - hoewel er uitzonderingen kunnen zijn. Als u k niet weet voor een specifieke veer, kunt u uw veer kalibreren met een gewicht van bekende massa.

Bepaal de positie van het vrije uiteinde van de veer, indien loshangend - het andere uiteinde wordt bevestigd naar iets stevigs zoals een muur.

Bepaal welke verplaatsing x vanuit de evenwichtspositie je de veerkracht wilt leren kennen, meet deze in meters.

Vermenigvuldig x met -k om de kracht te vinden die de veer oefent om te proberen terug te keren naar zijn evenwichtspositie. Als x in meters is en k in kilogram per seconde kwadraat, dan is kracht F in Newtons, de SI-eenheid voor kracht.

Als u k niet kent, gaat u verder met de volgende stap om dit te bepalen .

Zoek de proportionaliteitsconstante k van de veer door een gewicht van de bekende massa m, bij voorkeur in kilogram, aan het vrije einde van de veer op te hangen, nadat u deze verticaal hebt gepositioneerd. Uit de resulterende verplaatsing kun je k bepalen aan de hand van de relatie k = -mg /x, waarbij g de constante van de zwaartekrachtversnelling is 9.80m /s ^ 2, waarbij de cursor ^ machtsverheffing aangeeft.

Bijvoorbeeld, als de veer verplaatst x = 5 centimeter onder een belasting van 5 kilogram, dan is k = - 5kg x 9,80 m /s ^ 2 /(-0,05m) = 980 kg /s ^ 2. Dus dan kun je vervolgens oplossen voor zijn herstelkracht F wanneer de verplaatsing x bijvoorbeeld 10 cm is, als volgt: F = (-980 kg /s ^ 2) (0.10m) = -9.8 Newtons.

Waarschuwing

De formule is slechts tot op een bepaald punt nauwkeurig. Voor grote x is dit niet correct. Verplaatsing x in beide richtingen zal niet noodzakelijk dezelfde grootte van herstelkracht, b.v. als de windingen van de spiraal van de veer stevig zijn vastgebonden in de ontspannen, evenwichtspositie.