Енергія пружини

Вага дорівнює силі тяжіння. Тому при підвішуванні тіла до пружинним ваг прилад показує його вагу. На відміну від динамометра важільні ваги показують не вага тіла, а його масу. У чому тут різниця. Якщо, наприклад, на Місяці підвісити до пружинним ваг гирю вагою 240 Н, то стрілка покаже всього 40 Н, так як гравітація Місяці в шість разів менше. При зважуванні на важільних вагах застосовують набір еталонних гир. Але еталонні гирі на Місяці теж важать в шість разів менше. Очевидно, для врівноваження гирі вагою 240 Н на ваги важелів доведеться поставити набір гир, які в сумі дають ті ж 240 Н.
Але повернемося на Землю. Підвісимо на штативі шкільний динамометр і почнемо навантажувати його гирьками по 1 Н. Це дуже простий досвід. На першому кроці стрілка опуститься на 1 розподіл, наприклад x (ікс) см. На другому кроці стрілка опуститься на 2x см. На п’ятому кроці стрілка опуститься на 5x см і т. Д. Це означає, що пружна сила F пружини, рівна вазі вантажу , пов’язана з розтягуванням пружини простим лінійним рівнянням: F = kx (18.1). Нас цікавить енергія, запасена в розтягнутій пружині. Очевидно, ця енергія дорівнює роботі, виробленої проти сили пружності E = A = Fs (18.2). Припустимо, s = x (18.3). Але чому дорівнює сила на шляху від нуля до x? Спочатку вона дорівнювала нулю, а в кінці шляху дорівнює F. Значить, середнє значення сили на ділянці одно F / 2. Підставляючи F / 2 = kx / 2 у (18.2), одержуємо, з урахуванням (18.3): E = kx2 / 2 (18.4). Ми з’ясували, що енергія пружини залежить від довжини х. Тому її слід віднести до виду потенційної енергії, яка, за визначенням, залежить від відстані. Коефіцієнт k прийнято називати жорсткістю пружини. Кожна пружина має свою жорсткістю.
Пружини застосовуються в різних механізмах, в тому числі і в зброї. Наприклад, в автоматі Калашникова є бойова і поворотна пружини. Крім того, в магазині для патронів мається подає пружина. При заштовхуванні патронів в магазин пружина стискається, запасаючи потенційну енергію згідно рівняння (18.4). Тут x дорівнює відстані між першим і останнім патронами в магазині. Під час стрілянини енергія подає пружини витрачається на закидання патронів в ствольну коробку автомата.

Посилання на основну публікацію