Фізика. 7 клас. Головко
Цей підручник можна завантажити у PDF форматі на сайті тут.
§ 25. Закон Гука. Пружинні динамометри
Пружність - властивість тіла деформуватися під дією навантаження і відновлювати первинну форму і розміри після його зняття.
- Закон Гука
- Динамометри
Закон Гука. Англійський учений Роберт Гук, сучасник Ньютона, встановив, як залежить сила пружності від деформації.
Рис. 3.25. В розтягнутій пружині виникає сила пружності
Розглянемо дослід. Закріпимо один кінець пружини (рис. 3.25). Початкова довжина пружини х = 10 см. Якщо до вільного кінця пружини прикласти деформуючу силу, направлену в напрямі осі X, то вона видовжиться. Нехай деформуюча сила така, що довжина пружини стане рівною 11 см. Видовження пружини можна знайти так: ∆х = 11 см - 10 см = 1 см .
Якщо змінювати модуль сили, то змінюватиметься і довжина пружини, тобто її видовження ∆х. Дослід показує, що модуль (величина) сили пружності при розтягу (чи стиску) тіла прямо пропорційний його видовженню.
Математично записати закон Гука можна так:
Fпр = k∆x,
де k - коефіцієнт пружності або жорсткість вимірюється у Н/м, ∆х - видовження вимірюється у м.
Динамометри. На практиці часто доводиться вимірювати силу, з якою одне тіло діє на інше. Для вимірювання сили використовують прилад, який називається динамометр (від грецьк. динаміс - сила, метрео - вимірюю). Динамометри бувають різної будови. Основна їх частина - сталева пружина, якій надають різної форми залежно від призначення приладу. Принцип роботи динамометра ґрунтується на порівнянні будь-якої сили із силою пружності пружини.
Простий динамометр (рис. 3.26) можна виготовити з пружини з двома гачками на кінцях, закріпленої на дощечці. Проградуйована пружина і буде простим динамометром. Дослід додавання двох сил, направлених паралельно, можна провести з допомогою циліндричного динамометра. Принцип дії та будова його зображені на рис. 3.27.
Рис. 3.26. Будова плоского лабораторного динамометра
Рис. 3.27. Будова і принцип дії циліндричного динамометра
За допомогою динамометра вимірюється не лише сила тяжіння, але й інші сили, такі як - сила пружності, сила тертя тощо. Для вимірювання мускульної сили руки при стискуванні кисті в кулак застосовується (рис. 3.28) ручний динамометр-силомір.
Рис. 3.28. Динамометр-силомір
Для виміру великих сил, таких, наприклад, як тягові зусилля тракторів, тягачів, локомотивів, морських і річкових буксирів, використовують спеціальні тягові динамометри (рис. 3.29). Ними можна виміряти сили до декількох десятків тисяч ньютонів.
Рис. 3.29. Різні типи динамометрів
Застосовуються також ртутні, гідравлічні, електричні та інші динамометри. Останнім часом широко застосовуються електричні динамометри. У них є датчик, що перетворює деформацію в електричний сигнал.
Це цікаво знати
Кубик масою m лежить на столі. Взаємодія кубика зі столом призводить до того, що він не падає вниз, як падав би зникни раптом стіл. Сила, з якою стіл (опора) діє на кубик, є силою пружності. Часто силу пружності називають силою реакції опори. Її прийнято позначати літерою Ν, а силу натягу нитки (троса) літерою Т.
Сила реакції опори, як і сила пружності, завжди направлена проти тієї сили, яка спричинила зміну форми й розмірів тіла (рис. 3.30).
Рис. 3.30. Напрямок сили реакції опори
Приклади розв’язування задач
Задача 1. Сила 40 Н розтягує пружину на 4 см. Яка сила розтягне цю пружину на 7 см?
Відповідь: F2 = 70 Η.
Задача 2. Якщо до гачка динамометра прикласти силу 3,5 Н, то довжина його пружини дорівнює 5,3 см; якщо силу 2,1 Н - то 4,1 см. Якою є довжина пружини при нульовому положенні вказівника динамометра?
Відповідь: 2,3 см.
Головне у цьому параграфі
Модуль (величина) сили пружності при розтягуванні (чи стискуванні) тіла прямо пропорційний його подовженню. Математично записати закон Гука можна так: Fпр = k∆x, де к - коефіцієнт пружності або жорсткість; Δx - видовження або величина деформації.
Для вимірювання сили використовують прилад, який називається динамометр.
Динамометри бувають різної будови. Основна їх частина - сталева пружина, якій надають різної форми залежно від призначення.
Запитання для самоперевірки
- 1. Сформулюйте закон Гука. Що він визначає?
- 2. Які межі застосування закону Гука?
- 3. Який фізичний зміст коефіцієнта пружності?
- 3. Яка будова плоского лабораторного динамометра?
- 4. Де і з якою метою використовуються динамометри?
Вправа 14
- 1(c). Під дією якої сили пружина, що має коефіцієнт жорсткості 1 кН/м, стиснулась на 4 см?
- 2(д). Визначити видовження пружини, якщо на неї діє сила 10 Н, а коефіцієнт жорсткості пружини 500 Н/м.
- 3(д). Чому дорівнює коефіцієнт жорсткості стержня, якщо під дією вантажу 1000 Н він подовжився на 1 мм?
- 4(д). До пружини причеплено вантажі 1 Н, 2 Н та 3 Н. Якою повинна бути маса вантажу, щоб розтяг пружини був таким самим? g = 10 Н/кг.
- 5(д). Визначити силу, з якою гиря тисне на стіл (рис. 3.31).
- 6(д). Під дією сили пружності 20 Н видовження пружини дорівнює 6 мм. Яким буде видовження пружини під дією сили 30 Н?
- 7(в). Які будуть покази верхнього і нижнього динамометрів, якщо їх з’єднати послідовно й підчепити вантаж 5 Н? Масою динамометрів знехтувати.
Рис. 3.31. До завдання 5
Цей контент створено завдяки Міністерству освіти і науки України