Innehåll
Som diskuterats i Halliday och Resnicks "Fundamentals of Physcis", säger Hookes lag att formeln för den kraft som en fjäder utövar, som en funktion av dess förskjutning från dess jämviktslängd, är kraften F = -kx. x här är ett mått på förskjutningen av den fria änden av fjädern från dess olastade, ostörda position. k är en proportionalitetskonstant som kallas "styvhet" och är specifik för varje vår. Minustecknet är framme eftersom kraften som fjädern utövar är en "återvändande" kraft, vilket innebär att den motsätter sig förskjutningsriktningen x, i ett försök att återföra fjädern till dess lossade läge. Fjäderekvationen gäller vanligtvis för förskjutning x i båda riktningarna - både sträckning och komprimering av förskjutning - även om det kan finnas undantag. Om du inte vet k för en specifik vår, kan du kalibrera våren med en vikt av känd massa.
Bestäm läget för vårens fria ände, om det hänger löst - dess andra ände fäst på något fast som en vägg.
Bestäm vilken förskjutning x från jämviktspositionen du vill veta fjäderkraften, mät den i meter.
Multiplicera x för -k för att hitta kraften som fjädern utövar för att försöka återgå till dess jämviktsposition. Om x är i meter och k är i kilogram per sekund-kvadrat, är kraften F i Newton, SI-enheten för kraft.
Om du inte vet k, fortsätt till nästa steg för att bestämma det.
Hitta vårens proportionalitetskonstant k genom att hänga en vikt av känd massa m, helst i kilogram, från vårens fria ände, efter att ha placerat den vertikalt. Från den resulterande förskjutningen kan du bestämma k med relationen k = -mg / x, där g är gravitationsaccelerationskonstanten 9,80 m / s ^ 2, där caret ^ indikerar exponentiering.
Till exempel, om fjädern förskjuter x = 5 centimeter under en belastning på 5 kg, är k = - 5 kg x 9,80 m / s ^ 2 / (-0,05 m) = 980 kg / s ^ 2. Så då kan du därefter lösa för sin återställningskraft F när förskjutningen x är, säg 10 cm, enligt följande F = (-980 kg / s ^ 2) (0,10 m) = -9,8 Newton.