قوى النابض (الزنبرك)
| English | العربية |
|---|---|
| Hooke's law/hʊks lɔː/ | قانون هوك |
| restoring force/rɪˈstɔːrɪŋ fɔːs/ | القوة المرجعة |
| extension/ekˈstenʃn/ | تمدد |
| spring constant/sprɪŋ ˈkɒnstənt/ | ثابت الزنبرك |
| elastic limit/ɪˈlæstɪk ˈlɪmɪt/ | الحد المرن |
اسحب ضعف المسافة، اشعر بضعف السحب
- مدّ نابضًا قليلاً فيرجع بسحب خفيف؛ ومدّه ضعف المسافة فيرجع بسحب ضعف ما كان عليه.
- يزداد السحب بخطى دقيقة مع مدى مدك — قاعدة بسيطة وجميلة.
- تُعرف هذه القاعدة بـ قانون هوك، وتصف النوابض والمطاط والعديد من المواد.
- النابض يسحب دائمًا خلفًا نحو طوله الطبيعي — وهو قوة استعادة.
قانون هوك
- قوة النابض متناسبة مع الاستطالة $x$ عن طوله الطبيعي.
- من حيث الحجم: $F = kx$. الثابت $k$ هو ثابت النابض.
- $k$ يقيس الصلابة — فالنابض الصلب له ثابت $k$ كبير (يحتاج قوة أكبر لكل متر).
- وحداته هي $\tfrac{\text{N}}{\text{m}}$: نيوتن من القوة لكل متر من الاستطالة.
مدّ النابض
غيّر القوة وشاهد امتداد النمو متناسبًا — الميل هو ثابت النابض.
نابض له $k = 200\ \tfrac{\text{N}}{\text{m}}$ ممتد بمقدار $0.10\ \text{m}$. ما هي قوة النابض، بـ $\text{N}$؟
$F = kx = 200 \times 0.10 = 20\ \text{N}$.
قوة مقدارها $15\ \text{N}$ تمد نابضًا بمقدار $0.05\ \text{m}$. ما هو ثابت النابض، بـ $\tfrac{\text{N}}{\text{m}}$؟
$k = F/x = 15 / 0.05 = 300\ \tfrac{\text{N}}{\text{m}}$.
ضمن الحد المرن، مضاعفة امتداد نابض يغير قوته إلى:
$F = kx$ خطي، لذا مضاعفة $x$ تضاعف $F$.
ثابت النابض $k$ يقيس صلابة النابض ____ (كم القوة المطلوبة لكل متر من الامتداد).
ثابت $k$ كبير يعني نابضًا صلبًا — قوة أكبر لكل متر من الامتداد.
قوة إرجاع دائماً
- بغض النظر عن اتجاه تشوه الزنبرك، فإن قوته تتجه دائمًا إلى الخلف نحو نقطة التوازن.
- قم بتمديده فتسحب إلى الداخل، وضغطه فدفع إلى الخارج.
- ولهذا نكتب $F = -kx$ — الإشارة السالبة تعني "عكس الإزاحة".
- هذا السلوك الإرجاعي هو بالضبط ما يجعل الزنبركات تتذبذب (الموضوع 7).
النابض الممدود يدفع في نفس اتجاه الامتداد.
إنه قوة استرجاعية، تشير خلفاً نحو نقطة الاتزان — عكس الامتداد ($F = -kx$).
الحد المرن
- قانون هوك يسري فقط حتى الحد المرن للزنبرك.
- امتد beyond him وتتشوه بشكل دائم — تنحني الخط المستقيم.
- ضمن الحد، يعود الزنبرك إلى طوله الأصلي عند الإفلات.
- كل زنبرك حقيقي له نطاق حيث يكون $F = kx$ وصفًا دقيقًا.
حدد جميع العبارات الصحيحة حول قانون هوك.
قانون هوك خطي، وميله هو $k$، والقوة تستعيد. لكنه يفشل خارج الحد المرن.
قوة الزنبرك هي قوة إرجاع: تتجه عكس الامتداد، وليس معه. وقانون هوك صالح فقط أسفل الحد المرن — ادفع الزنبرك بعيدًا جدًا ولم يعد $F = kx$ ساريًا.
زنبرك ثابت $k = 200\ \tfrac{\text{N}}{\text{m}}$ ممدد بمقدار $x = 0.10\ \text{m}$.
- $F = kx = 200 \times 0.10 = 20\ \text{N}$.
- يسحب الزنبرك عائدًا بقوة $20\ \text{N}$ نحو طوله الطبيعي.
قانون هوك: قوة الزنبرك متناسبة مع امتداده، $F = kx$ (بصفتها قوة استعادة، $F = -kx$). ثابت الزنبرك $k$ (بوحدة $\tfrac{\text{N}}{\text{m}}$) يمثل صلادته — وهو ميل خط القوة-الامتداد. ينطبق هذا فقط تحت الحد المرن.