Что такое сила упругости и как работает закон Гука?
В теме про пружины появился закон Гука и сила упругости. Что это за сила, по какой формуле считать и что значит «жёсткость пружины»?
2 ответа
Сила упругости возникает, когда тело деформируют (растягивают, сжимают, изгибают), и она стремится вернуть тело в исходную форму. Направлена против деформации.
Закон Гука:
F_упр = k·x
Где x — удлинение (или сжатие) — насколько изменилась длина по сравнению с исходной, k — жёсткость пружины (Н/м).
Что такое жёсткость k: показывает, какая сила нужна, чтобы растянуть пружину на 1 метр. Большая k — тугая, жёсткая пружина; маленькая — мягкая, легко тянется. У каждой пружины своё значение.
Важный нюанс: закон Гука работает только при малых деформациях (пока не превышен предел упругости). Если перетянуть — пружина деформируется необратимо, и формула уже не действует.
Пример: пружину с жёсткостью k = 200 Н/м растянули на x = 0.05 м (5 см). Сила упругости: F = 200·0.05 = 10 Н.
Задачи на равновесие: если к пружине подвесили груз и он висит неподвижно, сила упругости уравновешивает силу тяжести: k·x = m·g. Отсюда можно найти удлинение или массу. Так работают пружинные весы (динамометр).
Простыми словами: растягиваешь пружину — она тянет обратно, сжимаешь — отталкивает. Чем сильнее деформация x, тем больше сила: F = k·x. Жёсткость k — это «характер» пружины: тугую растянуть трудно (большая k), мягкую — легко. Главное помнить: закон работает только пока пружину не перетянули за предел упругости.