กฎของฮุค: แนวคิด สูตร กราฟ แบบฝึกหัด

THE กฎหมายในตะขอ ระบุว่าเมื่อสปริงเสียรูปโดยบางส่วน ความแข็งแกร่ง ภายนอก a ความแข็งแกร่งยืดหยุ่น การบูรณะเริ่มดำเนินการใน เหมือนกันทิศทาง และใน ความรู้สึกตรงข้าม สู่แรงภายนอก ในทางกลับกัน แรงยืดหยุ่นนี้จะแปรผันและขึ้นอยู่กับขนาดของการเสียรูปที่สปริงได้รับ

ดูยัง:เคล็ดลับสูตรฟิสิกส์

กฎของฮุคและแรงยืดหยุ่น

ให้เป็นไปตาม กฎของฮุกเมื่อมีแรงกระทำต่อสปริง จะทำให้สปริงเสียรูป ดังนั้น สปริงจึงสร้างแรงตรงข้ามกับแรงภายนอก เรียกว่า ความแข็งแกร่งยืดหยุ่น ความแข็งแกร่งนี้จะมากขึ้นตาม according การเสียรูป ของฤดูใบไม้ผลิ เห็น สูตร ใช้ในการคำนวณ ความแข็งแกร่งยืดหยุ่น:

F_เขา – ความต้านแรงดึง (N)

k - ค่าคงที่ยืดหยุ่น (N/m)

x - การเปลี่ยนรูปสปริง (ม.)

ในสูตรข้างต้น สามารถสังเกตการมีอยู่ของ a สัญญาณเชิงลบ เครื่องหมายนี้เกี่ยวข้องกับ ความรู้สึก ของแรงยืดหยุ่น ซึ่งมักจะตรงกันข้ามกับความแปรผันของความยาวที่ได้รับจากสปริง (x) ถ้าความแปรผันนี้เป็นบวก แรงจะเป็น เชิงลบ นั่นคือมี ความรู้สึกตรงกันข้าม

เมื่อเราบีบสปริง มันจะทำปฏิกิริยากับแรงยืดหยุ่นตรงข้ามกับแรงที่นิ้วใช้

กราฟกฎของฮุค

จากสูตรข้างต้น เราสามารถสร้างกราฟที่เกี่ยวข้องกับแรงยืดหยุ่นกับโมดูลัสของการเสียรูปของสปริง เมื่อทำเช่นนั้น ภาพกราฟิกจะมีโปรไฟล์ดังต่อไปนี้:

จากการวิเคราะห์กราฟด้านบน สังเกตได้ว่าเมื่อใช้แรง 40 N กับสปริง การเปลี่ยนรูปจะอยู่ที่ 0.5 ม. นอกจากนี้ แรงสปริงยังมีโมดูลัส 40 N ตาม, กฎข้อที่สามของนิวตัน, กฎหมายของ หนังบู๊ และ ปฏิกิริยา. มาคำนวณ .กัน ค่าคงที่ยืดหยุ่น ของสปริงที่เป็นปัญหาตามโมดูลของ ความแข็งแกร่งยืดหยุ่น

การคำนวณระบุว่า ค่าคงที่ยืดหยุ่น สปริงนี้คือ 80 N/m แต่นั่นหมายความว่าอย่างไร ต่อไป เราจะนำเสนอหัวข้อสั้น ๆ เกี่ยวกับค่าคงที่ยืดหยุ่นและความหมายของมัน

ค่าคงที่สปริงยืดหยุ่น

THE ค่าคงที่ยืดหยุ่น วัดความแข็งของสปริง นั่นคือ แรงที่จำเป็นในการทำให้สปริงทน a การเสียรูป สปริงที่มีค่าคงที่ยืดหยุ่นสูงจะทำให้เสียรูปได้ยากกว่า กล่าวคือ ต้องใช้แรงมากขึ้นในการทำให้ความยาวแตกต่างกันไป ค่าคงที่ยืดหยุ่นคือ a ความยิ่งใหญ่ของสเกลาร์และหน่วยวัดตาม its ระบบหน่วยสากล, คือ N/m (นิวตันต่อเมตร)

ลองนึกภาพว่า ฤดูใบไม้ผลิ มีค่าคงที่ยืดหยุ่น 800 N/m สปริงนี้จะต้องถูกบีบอัดหรือยืดออกด้วยแรงอย่างน้อย 800 N เพื่อให้ความยาวเปลี่ยนไป 1 ม. ดังนั้น หากเราต้องการให้สปริงนี้มีความยาวต่างกัน 0.5 ม. แรงขั้นต่ำที่จำเป็นในการทำเช่นนั้นจะเท่ากับ 400 นิวตัน

อ่านด้วย: ห้าเคล็ดลับในการแก้ปัญหาแบบฝึกหัดฟิสิกส์

การเสียรูปหรือการยืดตัวของสปริง

THE การเสียรูปหรือการยืดตัว คือการวัดความแปรผันของความยาวสปริง ในแง่นี้สามารถคำนวณได้โดย ความแตกต่าง ระหว่าง ความยาวสุดท้าย มันเป็น ความยาวเริ่มต้น ของฤดูใบไม้ผลิ เมื่อสปริงมีขนาดเท่าเดิม ปราศจากการกระทำของแรงที่ทำให้เสียรูป ไม่มีการยืดตัว

x - การเปลี่ยนรูปสปริง (ม.)

หลี่_F – ความยาวสปริงสุดท้าย (ม.)

หลี่₀ – ความยาวสปริงเริ่มต้น (ม.)

โปรดทราบว่าในสูตรข้างต้น หากความยาวสุดท้ายของสปริง (หลี่_F) มากกว่าความยาวเริ่มต้น (หลี่₀) การเสียรูปจะเป็น บวก (x > 0); มิฉะนั้น เมื่อความยาวสุดท้ายของสปริงน้อยกว่าความยาวเริ่มต้น การเปลี่ยนรูปจะเป็น เชิงลบ (x<0).

ดูด้วย:ข้อผิดพลาดที่พบบ่อยที่สุด 7 ข้อในการศึกษาฟิสิกส์

แก้ไขแบบฝึกหัดเกี่ยวกับกฎของฮุค

คำถามที่ 1) สปริงที่มีค่าคงตัวยืดหยุ่นเท่ากับ 200 N/m มีความยาว 20 ซม. เมื่ออยู่ภายใต้แรงภายนอก ความยาวของสปริงนี้จะเท่ากับ 15 ซม. กำหนดขนาดของแรงยืดหยุ่นที่กระทำโดยสปริงเมื่อบีบอัด 15 ซม.

ก) 40 N/m

ข) 10 N/m

ค) 30 N/m

ง) 15 N/m

จ) 25 N/m

คำติชม: ตัวอักษร B

การเสียรูปของสปริงวัดจากความแตกต่างระหว่างความยาวเดิมกับขนาดเมื่ออยู่ภายใต้แรงภายนอก ในกรณีนี้ การยืดตัวของสปริงคือ 5 ซม. หรือ 0.05 ม. มาคำนวณกันตามนี้:

คำถามที่ 2) เมื่อบีบอัดด้วยแรง 4 นิวตัน สปริงจะเปลี่ยนความยาว 1.6 ซม. (0.016 ม.) ค่าคงที่ยืดหยุ่นของสปริงนี้มีหน่วยเป็น N/m คือประมาณ:

ก) 6.4 N/m

ข) 500 N/m

ค) 250 N/m

ง) 256 N/m

จ) 12.8 N/m

คำติชม: ตัวอักษร C

มาคำนวณตามกฎของฮุกกัน:

คำถามที่ 3) เกี่ยวกับแรงยืดหยุ่นที่อธิบายทางคณิตศาสตร์โดยกฎของฮุก ให้ทำเครื่องหมายทางเลือก แก้ไข:

ก) ยิ่งค่าคงตัวยืดหยุ่นของสปริงมากเท่าใด แรงที่ใช้ในการเปลี่ยนรูปก็จะยิ่งน้อยลงเท่านั้น

b) แรงยืดหยุ่นจะแปรผกผันกับการยืดตัวของสปริง

ค) แรงที่กระทำบนสปริงทำให้เสียรูปเท่ากับแรงยืดหยุ่นที่เกิดจากสปริง

d) แรงยืดหยุ่นมีค่าสูงสุดเมื่อสปริงอยู่ในรูปเดิม

จ) ค่าคงที่สปริงคือปริมาณสเกลาร์ วัดเป็นนิวตันต่อกรัม

แม่แบบ: จดหมายข

ลองดูทางเลือกอื่น:

ก) ของปลอม: เท่าไหร่ค่ะ เล็กกว่า คือค่าคงตัวยืดหยุ่นของสปริง ยิ่งใช้แรงน้อยลงเพื่อทำให้สปริงเสียรูป

ข) ของปลอม: ความแข็งแรงของยางยืดคือ โดยตรง ได้สัดส่วนกับการยืดตัวของสปริง

ค) จริง

ง) ของปลอม: ความแข็งแรงของยางยืดมีค่า ขั้นต่ำ เมื่อสปริงอยู่ในสภาพเดิม

และ) ของปลอม: ค่าคงตัวยืดหยุ่นของสปริงคือปริมาณสเกลาร์ วัดเป็นนิวตันต่อ รถไฟใต้ดิน.

โดย Rafael Hellerbrock
ครูฟิสิกส์