Физика пружин 7 класс

Что общего у слинки, длинных луков, автомобильных подвесок, резинок и заколок для волос? Все они являются пружинами. Все, что мы могли бы назвать, ну, "пружинистым", можно классифицировать как пружину. В этой статье основное внимание будет уделено силе пружины и способам ее расчета, поскольку мы обсуждаем типы контактных сил, но мы также кратко объясним, что такое пружины, свойства пружин и типы пружин.

Поскольку пружины имеют множество различных свойств и применений, другие статьи будут посвящены другим аспектам пружин, таким как потенциальная энергия пружин, работа, выполняемая пружинами, движение пружин и системы пружинной массы. Физика 7 класс.

Пружины - определение и значение

Пружины эластичны и могут накапливать энергию.

Пружины - это объекты, которые создают восстанавливающую силу при растяжении или сжатии приложенной силой и возвращаются к своей естественной форме после снятия приложенной силы.

Свойства пружин в физике

В физике пружины обладают следующими основными свойствами:

Они эластичны, что означает, что они возвращаются к своей первоначальной форме после деформации силой.
Они хранят потенциальную энергию.
Сила, которую оказывает пружина, увеличивается с увеличением расстояния, на которое она растягивается / сжимается.

Типы пружин

Наиболее распространенной пружиной, особенно в задачах по физике, является простая металлическая спиральная пружина. Это то, о чем вы, вероятно, думаете, когда думаете о слове spring, например, о слинках или пружинах в ручках. Однако существует много разных типов пружин. Все, что обладает свойствами, которые мы упомянули выше, технически считается пружиной. Например, если вы держите пластиковую линейку на краю стола, согните ее вниз и отпустите, она будет пружинить взад и вперед, пока снова не станет прямой. Следовательно, линейка действует как пружина.

Даже в спиральных пружинах существуют разные типы для разных применений. Два наиболее распространенных типа спиральных пружин - это пружины сжатия и пружины растяжения. Пружины сжатия сконструированы таким образом, что они обладают наибольшей потенциальной энергией при сжатии, и у них есть пространство для сжатия, например, пружина в пого-стике. Пружины растяжения обладают наибольшей потенциальной энергией при растяжении и, как правило, не имеют большого пространства для сжатия, например, пружины на батуте. Существуют также пружины кручения, которые используются для вращения, такие как пружина в мышеловке.

Несмотря на то, что пружины бывают разных форм и размеров, все пружины имеют схожие характеристики и оказывают одинаковое усилие.

Сила пружины

Давайте определим и обсудим силы пружины.

Сила пружины - это толчок или натяжение пружины, когда она сжимается или растягивается.

Если вы сжимаете пружину между пальцами, вы можете почувствовать, как она сопротивляется силе, которую вы прикладываете; это сила пружины. Сила пружины действует в направлении, противоположном сжатию или растяжению пружины.

Если вы сжимаете пружину, сила пружины выталкивается наружу, и если вы внезапно ослабите свою силу, сила пружины может катапультировать пружину через комнату. Если вы растягиваете пружину между руками, результирующая сила пружины направлена внутрь, а если вы отпускаете пружину одной рукой, сила пружины может привести к тому, что пружина защелкнется на другой руке.

Силу пружины иногда называют восстанавливающей силой, потому что она хочет вернуться в свое расслабленное положение.

Уравнение силы пружины - закон Гука

Уравнение для силы пружины известно как закон Гука:

В виде уравнения закон Гука записывается в следующей форме:
F = –kx
где F — сила упругого сопротивления струны, x — линейное растяжение или сжатие, а k — так называемый коэффициент упругости. Чем выше k, тем жестче струна и тем тяжелее она поддается растяжению или сжатию. Знак минус в формуле указывает на то, что струна противодействует деформации: при растяжении стремится укоротиться, а при сжатии — распрямиться.

Переменная представляет расстояние, на которое пружина была сжата или растянута. Чем больше расстояние, тем больше сила пружины. Поскольку постоянная пружины всегда одинакова для одной пружины, пружины будут расширяться или сжиматься линейно с приложенной к ним силой.

Абсолютные значения просто указывают на то, что величина силы увеличивается с увеличением расстояния. Закон Гука применим ко всем пружинам, если они не растянуты дальше, чем их зоны упругости (если вы растягиваете пружину так сильно, что она не возвращается к своей правильной форме, уравнение работает не так точно).

Сила пружины вызвана межатомными электрическими силами

Сила пружины - это сила контакта (потому что что-то должно соприкасаться с пружиной, чтобы возникала сила), и все контактные силы вызваны межатомными электрическими силами. Микроскопически пружины состоят из множества атомов и молекул, которые связаны друг с другом. Атомы пружины предпочитают оставаться в своем естественном состоянии. Когда пружина сжимается, межатомные электрические силы выталкиваются наружу, а когда пружина растягивается, электрические силы отступают, удерживая атомы и их связи на надлежащем расстоянии.

Пружины - ключевые выводы

Пружины - это упругие объекты, которые накапливают энергию. Они вернутся к своей естественной форме после сжатия или растяжения силой.
Сила пружины - это восстанавливающая сила, которая пытается вернуть пружине ее естественную форму при приложении внешней силы.
Сила пружины линейно увеличивается с расстоянием, на которое пружина сжимается или растягивается, что представлено законом Гука: F = –kx.
Межатомные электрические силы внутри пружины не любят, когда их растягивают или сжимают из их естественных положений, поэтому они будут бороться со всем, что их вызывает. Эти крошечные силы составляют силу пружины.