Чому для вимірювання сил можуть використовувати пружини?

Пружини – це механічні пристрої, розтягуються і стискуються відповідно до вельми простим законом. Вперше сформульований в 1678 році англійським фізиком Робертом Гуком, цей закон, зазвичай званий законом Гука, стверджує, що пружини деформуються пропорційно діють на них силам.

Простіше кажучи, чим більше сила, растягивающая або стискаюча пружину, тим сильніше пружина буде розтягуватися або стискатися. Якщо навантаження перевищує певну величину, що називається межею пружності, міжатомні зв’язки матеріалу пружини порушуються, і вона набуває залишкову деформацію, після чого вже більше не повертається в початковий стан.

Пружність пружин дозволяє використовувати їх в якості чутливого елемента в пружинних вагах (безміном). Порівняння подовження пружини під дією вантажів з відомим і невідомим вагою дозволяє легко визначати невідомий вагу.

Пружні коливання пружини

Якщо підвішений на пружині вантаж відтягнути вниз і потім відпустити, послідовність його положень у просторі опишеться кривої, проілюстрованою на малюнку вгорі; червоні стрілки показують силу пружності пружини, зелені – вага вантажу. Якби не було тертя, що уповільнює рух пружини, вона б розтягувалася і стискалася вічно.

Пружини і сили

Пружина завжди розтягується на одне і те ж відстань, коли до неї прикладається одна і та ж сила. Якщо людина, прикладають силу F, і вантаж вагою W однаково подовжують пружину, сила F в точності дорівнює вазі W.

Як відбувається розтягування пружини

Звичайна кручена дротяна пружина – це пружина торсіонного типу. Коли до такої пружині прикладена сила і пружина розтягується, її дріт скручується. Це скручування деформує міжатомні зв’язки матеріалу пружини, змінюючи відстань між сусідніми атомами. Як тільки деформуюча сила зникає, атоми повертаються у своє вихідне положення, відновлюючи початкову форму пружини.

Пружність

Атоми в металевій пружині взаємодіють між собою так, як якби вони були з’єднані маленькими пружинками. Під час стиснення атоми відштовхуються один від одного, прагнучи повернутися в нормальне положення. Будучи розсунутими, вони притягуються один до одного, прагнучи відновити первинний стан. Якщо міжатомні зв’язки розтягуються понад їх «межі пружності», вони руйнуються і метал отримує залишкову деформацію, набуваючи нову форму.

Пластинчасті і торсіонні пружини

Торсіонні пружини складаються з скручуємо стрижня, що повертається до вихідного стану після зняття навантаження.
Гвинтові пружини використовуються в секатори й ножиці для розведення лез після зняття тиску на ручки.
Найбільш поширений тип гвинтових пружини можна зустріти в таких пристроях, як кулькові ручки і амортизатори.
Плоска пружина – це звичайна пластина, випрямляти після зняття згинального навантаження.
Листові ресори, які з кількох вигнутих металевих пластин, схожі на плоскі пружини, але витримують набагато більші навантаження.
Спіральні пружини, які часто використовуються в наручних годинниках, можуть бути щільно скручені і розміщені в обмежених просторах.

Посилання на основну публікацію