Die Feder ist ein erstaunliches Gerät, das die Eigenschaft der Elastizität hat. Es ist in der Lage, seine Form und Größe zu ändern, wenn es äußeren Kräften ausgesetzt wird. Eines der interessanten Phänomene, die mit der Feder verbunden sind, ist ihre Veränderung beim Aufhängen der Last. In diesem Artikel werden wir untersuchen, welche Form die Feder annimmt und welche Veränderungen darin auftreten, wenn eine Last mit einem Gewicht von 100 g aufgehängt wird.
Bevor wir in die Details eintauchen, ist es erwähnenswert, dass sich unsere Überprüfung auf eine ideale Feder bezieht – eine, die keine eigene Masse hat und nicht bis an ihre Grenzen schrumpft. Wenn wir eine Last mit einem Gewicht von 100 g aufhängen, können wir die Änderungen in der Feder auf dem für die Augenbeobachtung verfügbaren Maßstab betrachten.
Wie Sie wissen, hat die Feder die Eigenschaft der Elastizität, dh die Fähigkeit, ihre Form und Größe nach dem Einwirken äußerer Kräfte darauf zurückzugeben. Das Aufhängen einer Last mit einem Gewicht von 100 g führt zu einer Verformung der Feder – sie dehnt oder komprimiert sich. Dieses Phänomen wird als elastische Verformung bezeichnet. Nach dem Entfernen der Last kehrt die Feder in ihren ursprünglichen Zustand zurück und zeigt die Elastizität an.
Wie funktioniert die Feder, wenn eine Last mit einem Gewicht von 100 g aufgehängt wird
Wenn eine Last an einer Feder aufgehängt wird, beginnt sie mit einer Kraft, die Schwerkraft genannt wird, darauf zu wirken. Diese Kraft neigt dazu, die Last nach unten zu senken, aber die Feder wirkt in die entgegengesetzte Richtung und erzeugt eine Gegenkraft. Diese Gegenwirkung der Feder führt zu ihrer Verformung.
Das Aufhängen einer Last mit einem Gewicht von 100 g bewirkt eine Erhöhung der Federverformung im Vergleich zu einem nicht suspendierten Zustand. Dies liegt an der Wirkung der Schwerkraft auf die Feder, die durch die Anziehung der Erde entsteht. Je größer das Gewicht der Last ist, desto größer ist die Schwerkraft und dementsprechend größer ist die Verformung der Feder.
Die Verformung der Feder erfolgt in der Richtung der Schwerkraft. Es ist bemerkenswert, dass die Feder in der Lage ist, sich von der Verformung zu erholen und eine Gegenkraft zu erzeugen. Wenn Sie die Last von der Feder entfernen, kehrt diese zu ihrer ursprünglichen Form zurück.
Das Aufhängen einer Last mit einem Gewicht von 100 g an die Feder zeigt das Funktionsprinzip dieses Mechanismus. Es veranschaulicht, wie eine Feder auf die Auswirkungen der Schwerkraft reagiert und wie sie ihre Form verändert, um dieser Kraft entgegenzuwirken.
Federstruktur
Eine Feder ist ein Teil eines elastischen Systems, das die Fähigkeit hat, ihre Form zu erhalten, nachdem eine äußere Kraft darauf wirkt.
Die Federstruktur besteht aus vielen Windungen, die eng miteinander verbunden sind. Eine Drehung ist eine ringförmige oder spiralförmige Schleife mit einer bestimmten Anzahl von Umdrehungen. In jeder Federdrehung können drei Hauptelemente unterschieden werden:
- Wickelkörper das ist der Arbeitsteil der Feder. Es nimmt einen äußeren Einfluss auf sich und zieht sich zusammen, dehnt sich aus oder krümmt sich, abhängig von der angewendeten Kraft.
- Jumper, die die Windungen miteinander verbinden. Sie sind ein wesentlicher Bestandteil der Federstruktur und sorgen für ihre Festigkeit und Stabilität.
- Zwischenspalt, die zwischen den Windungen der Feder gebildet wird. Es ermöglicht der Feder, sich unter dem Einfluss einer äußeren Kraft frei zu kontrahieren und zu dehnen.
Wenn eine Last mit einem Gewicht von 100 g an die Feder aufgehängt wird, wirkt die Anziehkraft in der letzten Runde, was zu einer Dehnung führt. Dadurch wird die Feder ihre Form und Länge ändern und sich um eine bestimmte Entfernung zusammenziehen.
Die Struktur der Feder ermöglicht es daher, ihre Funktion effektiv zu erfüllen und die Verformungsenergie zu speichern, die beim Entfernen der Wirkkraft zurückkehrt.
Federbetrieb ohne Last
In Abwesenheit einer Last befindet sich die Feder in ihrem natürlichen Zustand, wenn ihre Länge Null ist und keine Verformungsspannung erfährt.
Eine Feder kann jedoch, auch ohne Last, eine Kraft erfahren, die als Elastizitätskraft oder wirkende Federkraft bezeichnet wird. Diese Kraft entsteht durch das Federmaterial und versucht, die Feder in ihren ursprünglichen Zustand zurückzusetzen, dh ihre Länge auf Null zu reduzieren.
Die Elastizitätskraft ist proportional zur Dehnung der Feder relativ zu ihrer Gleichgewichtsposition. Je größer die Dehnung ist, desto stärker ist die Wirkkraft der Feder. Diese Beziehung wird durch das Huck-Gesetz ausgedrückt, das besagt, dass die Elastizität proportional zur Dehnung der Feder ist und umgekehrt proportional zu ihrer Steifigkeit ist.
Wenn also keine Last vorhanden ist, kann die federelastische Kraft als Null angesehen werden, da die Dehnung Null ist. Die Feder stellt jedoch immer ihre Form bei jeder geringsten Verformung wieder her, was das Ergebnis der Arbeit der wirkenden Elastizitätskraft ist.
Wenn die Steifigkeit der Feder groß ist, wird sie versuchen, mit großer Kraft und schneller in ihre Ausgangsposition zurückzukehren als eine Feder mit geringerer Steifigkeit.
| Unbeladen | Mit Fracht |
|---|---|
| Länge der Feder | Federverlängerung |
| Federkraft | Ladegewicht |
Einfluss des Gewichts der Last auf die Feder
Wenn eine Last mit einem Gewicht von 100 g an der Feder aufgehängt wird, wird sie verformt. Diese Verformung wird durch die Anziehungskraft der Erde verursacht, die auf die Ladung wirkt. Je größer das Gewicht der Ladung ist, desto größer ist die Verformung der Feder.
Zur Messung der Federverformung wird in diesem Experiment ein Spanngerät verwendet. Beim Aufhängen einer Last misst das Spanngerät die Verlängerung der Federlänge. Das Verhältnis dieser Längenzunahme zum Gewicht der Last wird als Federelastizitätskoeffizient bezeichnet.
Der Elastizitätsfaktor der Feder ist eine physikalische Eigenschaft eines gegebenen elastischen Körpers und zeigt an, wie stark er sich unter dem Einfluß der angewendeten Kräfte verformt.
Somit können wir beim Aufhängen einer Last mit einem Gewicht von 100 g an die Feder eine Zunahme ihrer Länge beobachten, was auf ihre Verformung hindeutet. Je größer das Gewicht der Ladung ist, desto größer ist die Verformung der Feder, und dementsprechend ist der Elastizitätsfaktor höher.
Berechnung von Änderungen
Wenn eine Last mit einem Gewicht von 100 g pro Feder aufgehängt wird, treten aufgrund ihrer Verformung Veränderungen auf. Eine Reihe von Berechnungen ist erforderlich, um diese Änderungen zu bestimmen.
| Parameter | Bedeutung |
|---|---|
| Ladegewicht | 100 g |
| Federverlängerung | ? |
| Änderung der Elastizitätskraft | ? |
Sie können das Hook-Gesetz verwenden, um die Federverlängerung zu berechnen:
wo F - Federkraft, k - Federkraftkoeffizient, Δl - Federverlängerung.
Wenn Sie wissen, dass das Gewicht der Ladung 100 g beträgt, können Sie die Elastizitätskraft als definieren:
wo m - Ladegewicht, g - beschleunigung des freien Falls.
Der Elastizitätskoeffizient der Feder kann experimentell gemessen oder aus den Daten des Herstellers abgeleitet werden.
Die bekannte Elastizitätskraft und der Elastizitätskoeffizient ermöglichen es, die Dehnung der Feder zu bestimmen:
So können nach entsprechenden Berechnungen die Dehnung der Feder und die Änderung der elastischen Kraft beim Aufhängen einer Last mit einem Gewicht von 100 g ermittelt werden.
- Wenn eine Last mit einem Gewicht von 100 g pro Feder aufgehängt wird, beginnt sich die Feder zu dehnen.
- Je größer das Gewicht der Last ist, desto mehr dehnt sich die Feder aus.
- Die Feder kehrt in ihre Ausgangsposition zurück, wenn die Last entfernt wird.
- Dieses Phänomen wird durch die Kraft der Elastizität erklärt, die auf die Feder wirkt.
- Die Elastizität ist proportional zur Dehnung oder Kompression der Feder.
- Je größer das Gewicht der Ladung ist, desto mehr dehnt sich die Feder aus.
