Физика

Предыдущая страница Физика Следующая страница

Учебник для 7 класса

§ 16.1. Закон Гука

Как связана сила упругости с деформацией? Растягивая пружину, можно заметить, что чем болыпе деформация пружины, тем больше сила упругости. Это — наблюдение.

Оно показывает, что по величине деформации можно судить о силе упругости, то есть деформация может быть мерой силы. Чтобы найти соотношение между деформацией пружины и силой упругости, надо поставить опыт.

Поставим опыт

Измерим удлинение пружины, когда к ней подвешена одна гирька (рис. 16.1, а). Обусловленная этой деформацией пружины сила упругости уравновешивает силу тяжести, действующую на одну гирьку.

Удлинение пружины

Рис. 16.1. Удлинение пружины пропорционально числу подвешенных гирек

Подвесим к пружине вторую такую же гирьку (рис. 16.1, б). Теперь обусловленная деформацией сила упругости уравновешивает силу тяжести, действующую на две гирьки. Мы заметим, что и удлинение пружины тоже стало в два раза больше.

Таким образом, можно предположить, что (модуль силы упругости прямо пропорционален удлинению пружины.

Удлинением пружины называют разность между длиной растянутой пружины и длиной недеформированной пружины.

Подвешивая к пружине новые гирьки, мы убедимся, что опыт подтверждает это предположение (рис. 16.1, в).

Закон Гука. Обозначим удлинение пружины х. Поскольку модуль силы упругости F пропорционален удлинению пружины, то можно записать:

Fпр = kx

Коэффициент пропорциональности k называют жесткостью пружины. Его значение зависит от материала, формы и размеров пружины. Единицей жесткости является 1 Н/м.

Жесткость пружины равна 1 Н/м. Какова сила упругости при удлинении пружины на 1 см?

Соотношение между силой упругости и удлинением пружины установил на опыте английский физик Роберт Гук. Поэтому это соотношение называют законом Гука.

Зная жесткость пружины, можно с помощью этой пружины измерять силу. А чтобы измерить жесткость пружины, надо измерить силу упругости, возникающую при заданном удлинении этой пружины.

Решим задачи

Жесткость пружины k = 100 Н/м. Какая сила упругости возникает при удлинении пружины на 5 см?

Ответ: 5 Н

При удлинении пружины на 1 см возникает сила упругости 10 Н. Чему равна жесткость пружины?

Ответ: 1 кН/м

Прибор для измерения силы называют динамометром. На рис. 16.2, а изображен школьный динамометр, а на рис. 16.2, б — его устройство: видно, что внутри динамометра находится пружина.

Школьный демонстрационный динамометр

Рис. 16.2. Школьный демонстрационный динамометр, рассчитанный на измерение силы, не превышающей 4 Н: а — внешний вид; б — устройство

При построении шкалы пружинного динамометра используют закон Гука (см. лабораторную работу № 7).

Рейтинг@Mail.ru