Tel que discuté dans de Halliday et Resnick "Principes de la Physcis," la loi de Hooke déclare que la formule relative de la force d'un ressort exerce, en fonction de son déplacement de sa longueur d'équilibre, est la force F = -kx. x ici est une mesure du déplacement de l'extrémité libre du ressort de son déchargement, en position non contrainte. k est une constante de proportionnalité appelée la «raideur», et est spécifique à chaque ressort. Le signe moins est en face parce que la force que le ressort exerce est un "retour" force, ce qui signifie qu'elle est opposée à la direction de déplacement x, dans un effort pour revenir au printemps pour sa position déchargée. L'équation de printemps tient habituellement pour le déplacement x dans les deux sens - à la fois d'étirement et de compression de déplacement - bien qu'il puisse y avoir des exceptions. Si vous ne savez pas k pour un ressort spécifique, vous pouvez étalonner votre ressort à l'aide d'un poids de masse connue.
Instructions
1 Déterminer la position de l'extrémité libre du ressort, si ballants - son autre extrémité fixée à quelque chose de solide comme un mur.
2 Décidez ce que le déplacement x de la position d'équilibre que vous voulez savoir la force du ressort, la mesure en mètres.
3 Multipliez x par -k pour trouver la force que le ressort exerce pour essayer de revenir à sa position d'équilibre. Si x est en mètres et k est en kilogrammes par seconde au carré, alors la force F est en Newtons, l'unité SI de la force.
Si vous ne savez pas k, passez à l'étape suivante pour déterminer.
4 Trouver la proportionnalité constante k du ressort par pendaison d'un poids de masse connue m, de préférence en kilogrammes, de l'extrémité libre du ressort, après avoir positionné verticalement. Du déplacement résultant, vous pouvez déterminer k par la relation k = -mg / x, où g est l'accélération gravitationnelle 9.80m constante / s ^ 2, où le caret ^ indique exponentiation.
Par exemple, si le ressort déplace x = 5 centimètres sous une charge de 5 kg, alors k = - 5 kg x 9,80 m / s ^ 2 / (-0.05m) = 980 kg / s ^ 2. Ainsi donc, vous pouvez ensuite résoudre pour sa force de rappel F lorsque le déplacement x est, disons, 10cm, comme suit: F = (-980 kg / s ^ 2) (0.10m) = -9.8 Newtons.
Conseils et avertissements
- La formule est précise que jusqu'à un certain point. Pour les grandes x il ne sera pas précis. Déplacement x dans les deux sens n'affectera nécessairement la même ampleur de la force de rappel, par exemple, si les spires de la bobine du ressort sont étroitement liés dans la position détendue d'équilibre.