Коефіцієнт жорсткості показує, яку силу потрібно прикласти до тіла, щоб упруго деформувати його на одиницю довжини. Йдеться саме про пружну деформацію, коли тіло після впливу на нього знову приймає колишню форму. Для того щоб знайти цю величину, потрібно деформувати тіло, приклавши до нього силу, або виміряти потенційну енергію його деформації.
Вам знадобиться
- калькулятор;
- - динамометр;
- - лінійка.
Інструкція
1. Приєднайте до тіла динамометр і потягніть за нього, деформувавши тіло. Сила, яку покаже динамометр, буде за модулем рівна силі пружності, що діє на тіло. Знайдіть коефіцієнт жорсткості, використовуючи закон Гука, який говорить про те, що сила пружності прямо пропорційна його подовженню і спрямована в бік, протилежну деформації. Розрахуйте коефіцієнт жорсткості, поділивши значення сили F на подовження тіла x, яке вимірюйте лінійкою або рулеткою k = F/x. Щоб знайти подовження деформованого тіла, вирахуйте довжину деформованого тіла від його початкової довжини. Коефіцієнт жорсткості вимірюється в Н/м.
2. Якщо немає динамометра, підвісьте до деформованого тіла вантаж відомої маси. Слідкуйте, щоб тіло деформувалося упруго і не зруйнувалося. У цьому випадку вага вантажу дорівнюватиме силі пружності, що діє на тіло, коефіцієнт жорсткості якого потрібно знайти, наприклад, пружини. Розрахуйте коефіцієнт жорсткості, поділивши витвір маси m і прискорення вільного падіння g 9,81 м/с на подовження тіла x, k = m • g/x. Подовження вимірюйте за методикою, запропонованою в попередньому пункті.
3. Приклад. Під вантажем 3 кг пружина довжиною 20 см стала 26 см, визначте її жорсткість. Спочатку знайдіть подовження пружини в метрах. Для цього від довжини подовженої пружини, вирахуйте її довжину в нормальному стані х = 26-20 = 6 см = 0,06 м. Обчисліть жорсткість, використовуючи відповідну формулу k = m • g/x = 3 • 9,81/0,06 ^ 500 Н/м.
4. У тому випадку, коли відома потенційна енергія упруго деформованого тіла, вирахуйте його жорсткість. Для цього додатково виміріть його подовження. Жорсткість дорівнюватиме подвоєній потенційній енергії Ер поділеній на квадрат подовження тіла х, k = 2 • Ep/x ^. Наприклад, якщо м 'яч деформувався на 2 см і отримав потенційну енергію 4 Дж, то його жорсткість k = 2 • 4/0,02 ^ = 20000 Н/м.