Калькулятор закону Гука

Сила пружини, її видовження чи жорсткість і запасена енергія.

Вхідні дані

Калькулятор закону Гука

3 поля

Ідеальна лінійна пружина без попереднього натягу в заданому діапазоні. Контакт витків, нелінійність, пластична деформація та допустимість навантаження деталі не перевіряються.

Заповніть поля, і результат автоматично зʼявиться тут.

Розв’яжіть лінійний зв’язок деформації, утримувальної сили та жорсткості пружини. Тут F=kx — зовнішня сила, що утримує пружину в заданому положенні; повертальна сила самої пружини дорівнює −kx. За k>0 подвоєння деформації подвоює силу й учетверо збільшує енергію. Лінійний діапазон елемента потрібно знати окремо: він не обов’язково охоплює весь пружний діапазон.

Категорія
Фізика
FAQ
4 питань
Актуальність
на основі формули

Як працює

Формула і логіка

Для утримувальної сили F=kx, для деформації x=F/k, для жорсткості k=F/x. Повертальна сила пружини має протилежний знак: −kx. Енергія U=kx²/2=Fx/2 невід’ємна. Для пошуку k потрібні ненульова деформація й сила того самого знака; пара F=x=0 не визначає жорсткість.

Приклад

Пружина k=200 Н/м за розтягу x=0,05 м потребує утримувальної сили +10 Н. Сила пружини −10 Н, енергія 0,25 Дж; за x=0,10 м енергія становила б 1 Дж.

Поля й одиниці

  • Що знайти — варіант зі списку
  • Жорсткість — Н/м
  • Видовження або стиснення — м
  • Сила — Н

Як користуватися

  • — Введіть жорсткість пружини в ньютонах на метр.
  • — Введіть деформацію — розтяг або стиск.
  • — Введіть два видимі відомі параметри; шуканий з’явиться в результаті. Додатне x означає розтяг, від’ємне — стиск; F тут спрямована так само, як x.

Методика та обмеження

Методика розрахунку
Формула і логіка
Обмеження
Ідеальна лінійна пружина без попереднього натягу в заданому діапазоні. Контакт витків, нелінійність, пластична деформація та допустимість навантаження деталі не перевіряються.

FAQ

До якої межі працює закон Гука?

Лише в області пропорційності F та x для конкретного елемента. Пружна деформація вже може бути нелінійною, а пластична є незворотною. Саме значення k не визначає допустиму деформацію.

Що означає жорсткість 200 Н/м?

Що для розтягу на один метр потрібна сила 200 Н. Жорсткість залежить від матеріалу, товщини дроту, діаметра витка й їхньої кількості.

Чому енергія росте квадратично?

Бо сила зростає лінійно зі стиском, і робота дорівнює площі під графіком — трикутнику з катетами x і k·x. Звідси й половина добутку.

Чи однакова жорсткість на розтяг і на стиск?

Ця модель використовує однакове k для обох знаків x. Це припущення, не властивість будь-якої реальної пружини: натяг і контакт витків змінюють залежність. Запасена енергія невід’ємна за обох знаків.