Калькулятор жёсткости пружины (закон Гука)

Введите свои значения. Ответ и полное решение обновляются по мере ввода.

Результат

Жёсткость пружины k2500 N/m
Запасённая упругая энергия0,5 J
Жёсткость пружины k2,5 N/mm

Найдите жёсткость пружины k тремя способами: по силе и вызываемому ею удлинению (закон Гука), по нескольким пружинам, соединённым последовательно или параллельно, или по массе и периоду её колебаний. По закону Гука калькулятор также выдаёт упругую энергию, запасённую в пружине.

Пошаговое решение

Закон Гука

x = 20 mm = 0,02 m
k = F/x = 50/0,02 = 2500 N/m

Упругая энергия

E = ½·k·x² = ½·2500·0,02² = 0,5 J
= ½·F·x = 0,5 J

Основные формулы

Груз на пружине
T = 2π·√(m/k)
Угловая частота
ω = √(k/m) = 2π/T
Энергия
E = ½·k·A²

Как вычислить жёсткость пружины

  1. Закон Гука: k = F/x, где удлинение x в метрах для k в N/m.
  2. Пружины, соединённые параллельно, делят нагрузку: k = k₁ + k₂ + ….
  3. Пружины, соединённые последовательно, несут одну и ту же силу: 1/k = 1/k₁ + 1/k₂ + ….
  4. По колебаниям: T = 2π√(m/k), поэтому k = 4π²m/T².
  5. Запасённая энергия: E = ½·k·x² = ½·F·x.

Вопросы и ответы

Почему пружины, соединённые последовательно, дают меньшее k?

Каждая пружина несёт полную силу и растягивается на свою величину, поэтому общее удлинение при той же силе больше. Две одинаковые пружины последовательно имеют вдвое меньшую жёсткость, чем одна.

Энергия равна F·x или ½·F·x?

½·F·x. Сила растёт от нуля до F, пока пружина растягивается, поэтому работа равна площади под прямой линией: половине F, умноженной на x.

Всегда ли выполняется закон Гука?

Только в пределах упругости. За этим пределом пружина деформируется необратимо, и сила перестаёт быть пропорциональной удлинению.

Меняет ли гравитация период груза на пружине?

Нет. Гравитация лишь смещает положение равновесия; период T = 2π√(m/k) одинаков для вертикальной и горизонтальной пружины.

Потренируйтесь самостоятельно

Тренировать тему «Пружины и маятники»

Калькулятор даёт ответ. На экзамене нужен метод: отработайте его на новых задачах с подсказками и разобранными решениями.

</> Встроить

Бесплатно для преподавателей и школ: вставьте этот код на страницу курса, в LMS или на свой сайт. Студенты могут пользоваться калькулятором и пошаговым решением без аккаунта.

Другие калькуляторы