Калькулятор жорсткості пружини (закон Гука)

Введіть свої значення. Відповідь і повний розв’язок оновлюються під час введення.

Результат

Жорсткість пружини k2500 N/m
Накопичена пружна енергія0,5 J
Жорсткість пружини k2,5 N/mm

Знайдіть жорсткість пружини k трьома способами: за силою та викликаним нею подовженням (закон Гука), за кількома пружинами, з’єднаними послідовно чи паралельно, або за масою та періодом її коливань. За законом Гука калькулятор також дає пружну енергію, накопичену в пружині.

Покроковий розв’язок

Закон Гука

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

Пружна енергія

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

Основні формули

Вантаж на пружині
T = 2π·√(m/k)
Кутова частота
ω = √(k/m) = 2π/T
Енергія
E = ½·k·A²

Як обчислити жорсткість пружини

  1. Закон Гука: k = F/x, де подовження x у метрах, щоб k було в N/m.
  2. Пружини паралельно ділять навантаження: k = k₁ + k₂ + ….
  3. Пружини послідовно несуть однакову силу: 1/k = 1/k₁ + 1/k₂ + ….
  4. З коливань: T = 2π√(m/k), тому k = 4π²m/T².
  5. Накопичена енергія: E = ½·k·x² = ½·F·x.

Запитання й відповіді

Чому пружини послідовно дають менше k?

Кожна пружина несе повну силу й розтягується на свою величину, тому повне подовження для тієї самої сили більше. Дві однакові пружини послідовно мають удвічі меншу жорсткість, ніж одна.

Енергія — це F·x чи ½·F·x?

½·F·x. Сила зростає від нуля до F, поки пружина розтягується, тому виконана робота дорівнює площі під прямою лінією: половині F, помноженої на x.

Чи завжди виконується закон Гука?

Лише в межах пружності. За її межею пружина деформується назавжди, і сила вже не пропорційна подовженню.

Чи змінює гравітація період вантажу на пружині?

Ні. Гравітація лише зсуває положення рівноваги; період T = 2π√(m/k) однаковий для вертикальної та горизонтальної пружини.

Потренуйтеся самі

Тренувати тему «Пружини й маятники»

Калькулятор дає відповідь. На іспиті потрібен метод: тренуйте його на нових задачах із підказками й розв’язками.

</> Вбудувати

Безкоштовно для викладачів і шкіл: вставте цей код на сторінку курсу, у LMS або на свій сайт. Студенти можуть користуватися калькулятором і покроковим розв’язком без акаунта.

Інші калькулятори