แรงสปริง
| English | ไทย |
|---|---|
| Hooke's law/hʊks lɔː/ | กฎของฮুক |
| restoring force/rɪˈstɔːrɪŋ fɔːs/ | แรงฟื้นฟู |
| extension/ekˈstenʃn/ | 扩张 |
| spring constant/sprɪŋ ˈkɒnstənt/ | ค่าคงที่ของสปริง |
| elastic limit/ɪˈlæstɪk ˈlɪmɪt/ | จุดยืดหยุ่น |
Pull twice as far, feel twice the pull
- ดึงสปริงเล็กน้อย มันจะดึงกลับเบาๆ; ดึงให้ไกลสองเท่า มันจะดึงหนักสองเท่า
- การดึงจะเพิ่มขึ้นตามระยะทางที่คุณดึงอย่างแม่นยำ — กฎที่เรียบง่ายอย่างสวยงาม
- กฏนี้คือ กฎของฮุค อธิบายถึงสปริง ยาง และวัสดุหลายชนิด
- สปริงจะดึง กลับสู่ความยาวธรรมชาติเสมอ — เป็น แรงคืนตัว
กฎของฮุก
- แรงสปริงแปรผันตรงกับ การยืดออก $x$ จากความยาวธรรมชาติ
- In size: $F = kx$. The constant $k$ is the spring constant.
- $k$ วัด ความแข็ง — สปริงที่แข็งจะมีค่า $k$ สูง (ต้องใช้แรงมากกว่าต่อหนึ่งเมตร)
- หน่วยวัดของมันคือ $\tfrac{\text{N}}{\text{m}}$: นิวตันของแรง ต่อแต่ละเมตรของการยืดออก
ดึงยืดสปริง
เปลี่ยนแรงดูการยืดที่เพิ่มขึ้นตามสัดส่วน — ความชันคือค่าคงที่ของสปริง
สปริงที่มี $k = 200\ \tfrac{\text{N}}{\text{m}}$ ถูกยืดไป $0.10\ \text{m}$. แรงของสปริงมีค่าเท่าไหร่ใน $\text{N}$?
$F = kx = 200 \times 0.10 = 20\ \text{N}$.
แรงขนาด $15\ \text{N}$ ดึงยืดสปริงไป $0.05\ \text{m}$. ค่าคงที่ของสปริงมีค่าเท่าไหร่ใน $\tfrac{\text{N}}{\text{m}}$?
$k = F/x = 15 / 0.05 = 300\ \tfrac{\text{N}}{\text{m}}$.
ภายในขีดจำกัดความยืดหยุ่น การเพิ่มการยืดของสปริงเป็นสองเท่าจะเปลี่ยนแรงให้เป็น:
$F = kx$ เป็นเส้นตรง ดังนั้นการเพิ่ม $x$ เป็นสองเท่าจะทำให้ $F$ เพิ่มเป็นสองเท่า
ค่าคงที่ของสปริง $k$ วัดความ ____ ของสปริง (แรงที่ต้องใช้ต่อเมตรของการยืด)
ค่า $k$ ที่ใหญ่หมายถึงสปริงที่แข็ง — ใช้แรงมากต่อหน่วยการยืด
เป็นแรงคืนเสมอ
- ไม่ว่าคุณจะทำให้สปริงเสียรูปอย่างไร แรงของมันจะชี้ กลับสู่ตำแหน่งสมดุล เสมอ
- ดึงให้ยาวขึ้น มันจะดึงเข้า; กดให้สั้นลง มันจะดันออก
- นั่นคือเหตุผลที่เราเขียน $F = -kx$ — เครื่องหมายลบหมายถึง "ตรงข้ามกับการกระจัด"
- พฤติกรรมคืนนี้เองที่ทำให้สปริง สั่น (หัวข้อ 7)
สปริงที่ถูกยืดจะดันกลับไปในทิศทางเดียวกับการยืด
เป็นแรงคืนตัว ชี้ กลับสู่ จุดสมดุล — ตรงข้ามกับการยืด ($F = -kx$)
ขอบเขตความยืดหยุ่น
- กฎของฮุคใช้ได้เพียงจนกว่าจะถึง ขอบเขตความยืดหยุ่น ของสปริงเท่านั้น
- ดึงเกินจุดนั้น สปริงจะเสียรูปถาวร — เส้นตรงจะโค้งงอ
- ภายในขอบเขตนี้ เมื่อปล่อยสปริงจะกลับมายาวเดิมได้
- สปริงจริงทุกตัวมีช่วงที่ $F = kx$ อธิบายได้อย่างถูกต้อง
เลือก ทุก ข้อความที่เป็นจริงเกี่ยวกับกฎของฮุค
กฎของฮุคเป็นเส้นตรง มีความชัน $k$ และแรงคืนตัว แต่จะใช้ไม่ได้เกินขีดจำกัดความยืดหยุ่น
แรงสปริงเป็น แรงคืน: ชี้ ตรงข้าม กับการยืด ไม่ใช่ตามทิศทางการยืด และกฎของฮุคใช้ได้ดีเฉพาะ ต่ำกว่าขอบเขตความยืดหยุ่น — ถ้าดันสปริงมากเกินไป $F = kx$ จะไม่ถูกต้องอีกต่อไป
สปริงที่มี $k = 200\ \tfrac{\text{N}}{\text{m}}$ ถูกยืดออกไป $x = 0.10\ \text{m}$
- $F = kx = 200 \times 0.10 = 20\ \text{N}$.
- สปริงจะดึงกลับด้วยแรง $20\ \text{N}$ สู่ความยาวธรรมชาติ
กฎของฮุค: แรงของสปริงแปรผันตรงกับระยะการยืดออก, $F = kx$ (ในฐานะแรงคืน, $F = -kx$) ค่าคงที่สปริง $k$ (ในหน่วย $\tfrac{\text{N}}{\text{m}}$) คือความแข็งของสปริง — ซึ่งคือความชันของกราฟแรง–การยืดออก ใช้ได้เฉพาะ ต่ำกว่าขอบเขตความยืดหยุ่น เท่านั้น