ФИЗИКА

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.

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:

F_пр = 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.

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).