Wie man eine Federkonstante Verwendung von Hooke Gesetz berechnen

Jeder Physiker weiß, dass, wenn ein Objekt eine Kraft auf eine Feder gilt, dann ist die Feder übt eine gleiche und entgegengesetzte Kraft auf das Objekt. Hooke Gesetz gibt die Kraft einer Feder auf einem Objekt ausübt angebracht, um es mit der folgenden Gleichung:

F = -kx

wobei das Minuszeichen zeigt, dass diese Kraft in die entgegengesetzte Richtung der Kraft ist, die ist Stretching oder die Feder zu komprimieren. (k wird die Federkonstante genannt, die misst, wie steif und fest ist die Feder. x die Feder ist der Abstand gedehnt oder komprimiert wird weg von seinem Gleichgewicht oder Ruheposition.)

Die Kraft, die durch eine Feder ausgeübt wird, genannt Wiederherstellungskräfte- es wirkt immer die Feder in Richtung Gleichgewicht wiederherzustellen. In Hookeschen Gesetz, das negative Vorzeichen auf die Kraft der Feder bedeutet, dass die Kraft, die durch die Feder ausgeübt wird die Verschiebung der Feder entgegenwirkt.

Die obige Abbildung zeigt einen Ball an einer Feder befestigt ist. Sie können sehen, dass, wenn die Feder nicht gedehnt oder komprimiert wird, es keine Kraft auf den Ball ausübt. Wenn Sie die Feder schieben, aber schiebt sie zurück, und wenn Sie die Feder ziehen, es zieht sich zurück.

Hookeschen Gesetz gilt, solange das elastische Material, das Sie mit einem Aufenthalt zu tun hat elastisch - das heißt, es bleibt in seinem Elastizitätsgrenze. Wenn Sie zu weit eine Feder ziehen, verliert es seine Fähigkeit, dehnbar. Solange eine Feder, die innerhalb seiner Elastizitätsgrenze bleibt, können Sie sagen, dass, F = -kx. Wenn eine Feder, die innerhalb seiner Elastizitätsgrenze bleibt und gehorcht Hookeschen Gesetz ist die Feder ein genannt ideal Frühling.

Nehmen wir an, eine Gruppe von Auto-Designer an Ihre Tür klopft und fragt, ob Sie ein Aufhängungssystem entwerfen helfen kann. # 147-Sure, # 148- Sie sagen. Sie informieren, dass das Auto eine Masse von 1.000 Kilogramm haben, und Sie haben vier Stoßdämpfern, die jeweils 0,5 Meter lang, mit zu arbeiten. Wie stark haben die Federn zu sein? Unter der Annahme, diese Stoßdämpfer Federn verwenden, hat jeder eine Masse von mindestens 250 kg zu unterstützen, die die folgende wiegt:

F = mg = (250 kg) (9,8 m / s²) = 2450 N

woher F ist gleich Kraft, m ist gleich der Masse des Objekts, und G die Beschleunigung ist gleich aufgrund der Schwerkraft, 9,8 Meter pro Sekunde². Die Feder im Stoßdämpfer wird, auf ein Minimum, haben Sie 2450 Newtons Kraft bei der maximalen Kompression von 0,5 Meter zu geben. Was bedeutet das die Federkonstante sein sollte? Hookeschen Gesetz sagt,

F = -kx

Betrachtet man nur die Größen und damit das negative Vorzeichen Weglassen Sie erhalten

Zeit in den Zahlen stecken:

Die Federn in den Stoßdämpfern verwendet werden, müssen die Federkonstanten von mindestens 4.900 Newton pro Meter haben. Die Auto-Designer eilen, ekstatisch, aber man nach ihnen rufen, # 147-Vergessen Sie nicht, Sie müssen mindestens doppelt so hoch, wenn Sie tatsächlich Ihr Auto wollen in der Lage sein, Schlaglöcher zu behandeln # 148.