Жесткость пружины — формула и примеры расчетов

Для начала определим основные термины, которые будут использоваться в данной статье. Известно, если воздействовать на тело извне, оно либо приобретет ускорение, либо деформируется. Деформация — это изменение размеров или формы тела под влиянием внешних сил. Если объект полностью восстанавливается после прекращения нагрузки, то такая деформация считается упругой; если же тело остается в измененном состоянии (например, согнутом, растянутом, сжатым и т. д. ), то деформация пластическая.

Примерами пластических деформаций являются:

лепка из глины;
погнутая алюминиевая ложка.

В свою очередь, упругими деформациями будут считаться:

резинка (можно растянуть ее, после чего она вернется в исходное состояние);
пружина (после сжатия снова распрямляется).

В результате упругой деформации тела (в частности, пружины) в нем возникает сила упругости, равная по модулю приложенной силе, но направленная в противоположную сторону. Сила упругости для пружины будет пропорциональна ее удлинению. Математически это можно записать таким образом:

где F — сила упругости, x — расстояние, на которое изменилась длина тела в результате растяжения, k — необходимый для нас коэффициент жесткости. Указанная выше формула также является частным случаем закона Гука для тонкого растяжимого стержня. В общей форме этот закон формулируется так: «Деформация, возникшая в упругом теле, будет пропорциональна силе, которая приложена к данному телу». Он справедлив только в тех случаях, когда речь идет о малых деформациях (растяжение или сжатие намного меньше длины исходного тела).

Формулы расчета пружин растяжения

Главная Избранные Случайная статья Познавательные Новые добавления Обратная связь FAQ

⇐ ПредыдущаяСтр 22 из 26Следующая ⇒

Пружина растяжения — это спирально-цилиндрическая пружина, витки которой прилегают друг к другу. Пружина подвергается действию противоположно направленных усилий, приложенных вдоль ее оси.

Размеры

d	диаметр проволоки [мм, д]
D	средний диаметр пружины [мм, д]
D1	наружный диаметр пружины [мм, д]
D2	внутренний диаметр пружины [мм, д]
H	рабочая деформация [мм, д]
t	шаг активных витков в ненагруженном состоянии [мм, д]
o	высота ушка [мм, д]
sx	деформация пружины [мм, д]
Lx	длина пружины [мм, д]
Fx	рабочая сила, действующая на пружину [Н, фунт]
W8	энергия деформации [Дж, фут фунт]
x	индекс, обозначающий состояние пружины

Навивка

1. Вправо (стандарт)

2. Влево (должна отображаться соответствующая надпись)

Состояния

1. Свободное: пружина не нагружена (индекс 0)

2. Предварительная нагрузка: пружина с минимальной рабочей нагрузкой (индекс 1)

3. Полная нагрузка: пружина с максимальной рабочей нагрузкой (индекс

4. Предел: пружина вдавлена до касания витков (индекс 9).

Зацепы пружин растяжения

Высота зацепа пружины растяжения

L0	длина пружины в свободном состоянии [мм]
LZ	длина части пружины с витками [мм]

Часто используемые зацепы пружин растяжения

Тип зацепа и информация о размерах	Изображение
Половина витка, o = 0,55…0,8 D2
Обычно d ≤ 6,3 мм, D >= 3,15 мм, i >= 9
Полный виток, o = 0,8…1,1 D2
Используется без ограничений
Полный виток сбоку, o » D2
Когда нагрузка не обязательно должна прикладываться по оси
Полный виток внутри, o = 1,05…1,2 D2
Обычно d ≥ 10 мм, i >= 7
Поднятый зацеп, o = 1,2 D2 … 30 d
Обычно для d = от 0,5мм до 4 мм, o ≤ 100 мм
Два полных витка, o »D
Используется без ограничений
Два полных витка сбоку, o » D2
Когда нагрузка не обязательно должна прикладываться по оси

Расчет пружин в метрических единицах

Общие формулы расчета

Коэффициент использования материала

Наружный диаметр пружины

D	средний диаметр пружины [мм]
d	диаметр проволоки [мм]

Внутренний диаметр пружины

D	средний диаметр пружины [мм]
d	диаметр проволоки [мм]

Рабочая деформация

L8	длина полностью нагруженной пружины [мм]
L1	длина предварительно нагруженной пружины [мм]
s8	деформация полностью нагруженной пружины [мм]
s1	деформация предварительно нагруженной пружины [мм]

Высота зацепа пружины

L0	длина пружины в свободном состоянии [мм]
LZ	длина части пружины с витками [мм]

Индекс пружины

D	средний диаметр пружины [мм]
d	диаметр проволоки [мм]

Поправочный коэффициент Валя

c	индекс пружины [-]
LZ	длина части пружины с витками [мм]

Начальное растяжение

Определение коэффициента жесткости

Коэффициент жесткости (он также имеет названия коэффициента упругости или пропорциональности) чаще всего записывается буквой k, но иногда можно встретить обозначение D или c. Численно жесткость будет равна величине силы, которая растягивает пружину на единицу длины (в случае СИ — на 1 метр). Формула для нахождения коэффициента упругости выводится из частного случая закона Гука:

Чем больше величина жесткости, тем больше будет сопротивление тела к его деформации. Также коэффициент Гука показывает, насколько устойчиво тело к действию внешней нагрузки. Зависит этот параметр от геометрических параметров (диаметра проволоки, числа витков и диаметра намотки от оси проволоки) и от материала, из которого она изготовлена.

Единица измерения жесткости в СИ — Н/м.

Определение и формула жесткости пружины

Определение Силу, которая возникает в результате деформации тела и пытающаяся вернуть его в исходное состояние, называют силой упругости.
Чаще всего ее обозначают $>_$. Сила упругости появляется только при деформации тела и исчезает, если пропадает деформация. Если после снятия внешней нагрузки тело восстанавливает свои размеры и форму полностью, то такая деформация называется упругой.

Современник И. Ньютона Р. Гук установил зависимость силы упругости от величины деформации. Гук долго сомневался в справедливости своих выводов. В одной из своих книг он привел зашифрованную формулировку своего закона. Которая означала: «Ut tensio, sic vis» в переводе с латыни: каково растяжение, такова сила.

Рассмотрим пружину, на которую действует растягивающая сила ($overline$), которая направлена вертикально вниз (рис.1).

Силу $overline$ назовем деформирующей силой. От воздействия деформирующей силы длина пружины увеличивается. В результате в пружине появляется сила упругости ($>_u$), уравновешивающая силу $overline$. Если деформация является небольшой и упругой, то удлинение пружины ($Delta l$) прямо пропорционально деформирующей силе:

где в коэффициент пропорциональности называется жесткостью пружины (коэффициентом упругости) $k$.

Жесткость (как свойство) — это характеристика упругих свойств тела, которое деформируют. Жесткость считают возможностью тела оказать противодействие внешней силе, способность сохранять свои геометрические параметры. Чем больше жесткость пружины, тем меньше она изменяет свою длину под воздействием заданной силы. Коэффициент жесткости — это основная характеристика жесткости (как свойства тела).

Коэффициент жесткости пружины зависит от материала, из которого сделана пружина и ее геометрических характеристик. Например, коэффициент жесткости витой цилиндрической пружины, которая намотана из проволоки круглого сечения, подвергаемая упругой деформации вдоль своей оси может быть вычислена как:

где $G$ — модуль сдвига (величина, зависящая от материала); $d$ — диаметр проволоки; $d_p$ — диаметр витка пружины; $n$ — количество витков пружины.

Единицей измерения коэффициента жесткости в Международной системе единиц (Си) является ньютон, деленный на метр:

Коэффициент жесткости равен величине силы, которую следует приложить к пружине для изменения ее длины на единицу расстояния.

Расчет жесткости системы

Встречаются более сложные задачи, в которых необходим расчет общей жесткости. В таких заданиях пружины соединены последовательно или параллельно.

Последовательное соединение системы пружин

При последовательном соединении общая жесткость системы уменьшается. Формула для расчета коэффициента упругости будет иметь следующий вид:

1/k = 1/k1 + 1/k2 + … + 1/ki,

где k — общая жесткость системы, k1, k2, …, ki — отдельные жесткости каждого элемента, i — общее количество всех пружин, задействованных в системе.

Параллельное соединение системы пружин

В случае когда пружины соединены параллельно, величина общего коэффициента упругости системы будет увеличиваться. Формула для расчета будет выглядеть так:

k = k1 + k2 + … + ki.

Измерение жесткости пружины опытным путем — в этом видео.

Наполнители: варианты жесткости

Степень упругости матраса определяет его состав: материалы основания, изоляционных слоев и смягчающих или повышающих упругость прослоек. Специалисты выделяют несколько групп наполнителей, регулирующих жесткость.

Пружины

Степень жесткости, которую обеспечивает зависимый, но чаще независимый пружинный блок зависит от следующих особенностей элементов:

Толщины и прочности металла – чем крупнее проволока для пружин, тем жестче спальное место;
Диаметра пружин – чем больше размер элемента, тем крупнее витки, что способствует усиленному сжатию и меньшей упругости. Пружины небольшого диаметра располагаются плотнее, витков в них больше, и промять их сложнее, поэтому такие матрасы имеют большую жесткость.
Количества пружин на спальное место. Чем больше пружин, тем жестче матрас. Изделие с 500 элементами на спальное место считается мягким, 700-1000 – средняя жесткость, 1000-2000 – ещё жёстче.
Мягкие материалы

Наполнители этой группы эластичны, а потому создают комфортную степень упругости. Сюда относятся латекс, пенополиуретан и различные виды ортопедических пен.

Жесткие материалы

Позволяют создать ровную, практически твердую поверхность. Это кокосовая койра, искусственный латекс и струттофайбер.

Вычисление коэффициента жесткости опытным методом

С помощью несложного опыта можно самостоятельно рассчитать, чему будет равен коэффициент Гука. Для проведения эксперимента понадобятся:

линейка;
пружина;
груз с известной массой.

Последовательность действий для опыта такова:

Необходимо закрепить пружину вертикально, подвесив ее к любой удобной опоре. Нижний край должен остаться свободным.
При помощи линейки измеряется ее длина и записывается как величина x1.
На свободный конец нужно подвесить груз с известной массой m.
Длина пружины измеряется в нагруженном состоянии. Обозначается величиной x2.
Подсчитывается абсолютное удлинение: x = x2-x1. Для того чтобы получить результат в международной системе единиц, лучше сразу перевести его из сантиметров или миллиметров в метры.
Сила, которая вызвала деформацию, — это сила тяжести тела. Формула для ее расчета — F = mg, где m — это масса используемого в эксперименте груза (переводится в кг), а g — величина свободного ускорения, равная приблизительно 9,8.
После проведенных расчетов остается найти только сам коэффициент жесткости, формула которого была указана выше: k = F/x.

Читайте так же:

Маркировка шлифовальных абразивных кругов

Примеры задач на нахождение жесткости

Задача 1

На пружину длиной 10 см действует сила F = 100 Н. Длина растянутой пружины составила 14 см. Найти коэффициент жесткости.

Рассчитываем длину абсолютного удлинения: x = 14—10 = 4 см = 0,04 м.
По формуле находим коэффициент жесткости: k = F/x = 100 / 0,04 = 2500 Н/м.

Ответ: жесткость пружины составит 2500 Н/м.

Задача 2

Груз массой 10 кг при подвешивании на пружину растянул ее на 4 см. Рассчитать, на какую длину растянет ее другой груз массой 25 кг.

Что такое жесткость тела пружины

Вспомните ненастный день: дует порывистый ветер, гнутся деревья. Чем сильнее ветер, тем больше гнутся деревья. А вот физики говорят, что деревья деформируются. Когда ветер стихает, деревья возвращаются в свое первоначальное положение — деформация исчезает. Но если ветер достаточно сильный, то ветви деревьев и даже их стволы могут сломаться.

О том, что такое деформация, когда она возникает, какие бывают виды деформации, вы узнаете из этого параграфа.

Узнаем о разных видах деформации

Уже отмечалось, что результатом действия силы на тело может быть как изменение скорости движения тела, так и его деформация. Например, если толкнуть мячик, то он придет в движение, а некоторые его части при толчке сместятся относительно друг друга — мячик деформируется.

Деформация — изменение формы и (или) размеров тела.

В зависимости от того, как именно части тела смещаются относительно друг друга, различают деформации растяжения, сжатия, изгиба, кручения, сдвига(см. таблицу).

различаем упругие и пластические деформации

Возьмите эспандер (или ластик) и сожмите его — эспандер согнется. Но если прекратить сжимать эспандер, он полностью восстановит свою форму — деформация исчезнет(рис. 19.1).

Деформации, которые полностью исчезают после прекращения действия на тело внешних сил, называют упругими.

Делая глиняную фигурку, мастер мнет руками комок глины, и глина сохранит форму, которую придаст ей мастер (рис. 19.2). Тяжелый пресс на монетном дворе чеканит монеты из металлических заготовок, — после прекращения действия пресса монета не восстановит свою прежнюю форму куска металла. И глина, и металл «не помнят» своей формы до деформации и не восстанавливают ее.

Деформации, которые сохраняются после прекращения действия на тело внешних сил, называют пластическими.

Попробуйте привести другие примеры упругих и пластических деформаций.

Даем определение силы упругости

При деформации всегда возникает сила, стремящаяся восстановить то состояние тела, в котором оно находилось до деформации. Эту силу называют силой упругости (рис. 19.3).

Сила упругости — это сила, которая возникает во время деформации тела и направлена в сторону, противоположную направлению смещения частей этого тела при деформации.

Обычно силу упругости обозначают символом Р_упр, но в некоторых случаях используют и другие символы.

Если тело давит на опору, то опора деформируется (прогибается). Деформация опоры вызывает появление силы упругости, действующей на тело перпендикулярно поверхности опоры. Эту сила называют силой нормальной реакции опоры и обозначаются символом N (рис. 19.4).

Если тело растягивает подвес (нить, жгут, шнур), то возникает сила упругости, направленная вдоль подвеса. Эту силу называют силой натяжения подвеса и обозначают символом Т(рис. 19.5).

Открываем закон Гука

Научное исследование процессов растяжения и сжатия тел начал Роберт Гук (рис. 19.6) в XVII в. Результатом работы ученого стал закон, который позже получил название закон Гука:

При малых упругих деформациях растяжения или сжатия сила упругости прямо пропорциональна удлинению тела и всегда пытается вернуть тело в недеформированное состояние:

где F_упр — сила упругости; x— удлинение

тела; k — коэффициент пропорциональности, который называют жесткостью тела.

Удлинение — это физическая величина, которая характеризует деформации растяжения и сжатия и равна изменению длины тела в результате деформации.

Удлинение хопределяется по формуле:

где l — длина деформированного тела; 1 — длина недеформированного тела (рис. 19.7).

Жесткость тела можно определить, воспользовавшись законом Гука:

Единица жесткости в СИ— ньютон на метр:

Жесткость — это характеристика тела, поэтому она не зависит ни от силы упругости,

ни от удлинения. Жесткость зависит от формы и размеров тела, а также от материала, из которого тело изготовлено.

Сила упругости прямо пропорциональна удлинению тела, поэтому график зависимости ^_упр(х) — прямая (рис. 19.8). Чем больше жесткость тела, тем выше расположен график.

Воспользовавшись графиками на рис. 19.8, определите жесткость тел 1-Ш и убедитесь в справедливости последнего утверждения.

Узнаем, почему возникает сила упругости

Вы хорошо знаете, что все тела состоят из частиц (атомов, молекул, ионов). В твердых телах частицы колеблются около положений равновесия и взаимодействуют межмолекулярными силамипритяжения и отталкивания. В положениях равновесия данные силы уравновешены.

При деформации тела во взаимном расположении его частиц происходят изменения. Если расстояние между частицами увеличивается, то межмолекулярные силы притяжения становятся больше сил отталкивания. Если же частицы сближаются, то больше становятся межмолекулярные силы отталкивания. Другими словами: при деформации частицы «стремятся» вернуться в положение равновесия.

Силы, возникающие при изменении положения одной частицы, очень малы. Но когда тело деформируется, изменяется взаимное расположение огромного количества частиц. В результате сложение сил дает заметную равнодействующую, которая противостоит деформации тела. Это и есть сила упругости. Итак, сила упругости — проявление действия межмолекулярных сил.

Знакомимся с приборами для измерения силы

Сила — это физическая величина, поэтому ее можно измерить.

Приборы для измерения силы называют динамометрами.

Основная составляющая простейших динамометров — пружина. Рассмотрим принцип действия таких динамометров на простом примере. Чтобы с помощью пружины, жесткость ккоторой известна, измерить силу F, с которой кот тянет тележку (рис. 19.9), необходимо:

1) измерить удлинение х пружины;

2) воспользовавшись законом Гука, определить силу упругости (F_упр = kx), которая действует на кота со стороны пружины и по значению равна силе F тяги кота: F = F_упр.

Понятно, что каждый раз измерять удлинение пружины и рассчитывать силу неудобно. Поэтому пружину закрепляют на панели со шкалой, проградуированной в единицах силы. Именно так устроены простейшие школьные лабораторные динамометры (рис. 19.10). Существуют и другие виды пружинных динамометров (см., например, рис. 19.11).

Учимся решать задачи Задача 1. Действуя на пружину силой 40 Н, мальчик растянул ее на 8 см. Определите жесткость пружины. Какую силу нужно приложить мальчику, чтобы растянуть эту пружину еще на 6 см? Деформацию пружины считайте малой упругой.

Анализ физической проблемы. Сила, которую прикладывает мальчик, по значению равна силе упругости, возникающей при растяжении пружины: F = F_уπр(рис. 19.12). Деформация является малой упругой, поэтому воспользуемся законом Гука. Задачу будем решать в единицах СИ.

Анализ результатов. Для удлинения пружины на 8 см мальчик прикладывал силу 40 Н; для удлинения пружины еще на 6 см ему нужно увеличить силу на 30 Н — это правдоподобный результат.

Задача 2. Выполняя экпериментальное задание, девочка увеличивала нагрузку на резиновый шнур. Каждый раз она измеряла силу, действующую на шнур, и соответствующее удлинение шнура. Воспользовавшись таблицей, составленной девочкой, постройте график F_упр (х). С помощью графика определите:

1) жесткость шнура;

2) удлинение шнура, когда к нему приложена сила 5 Н;

3) силу, которую нужно приложить к шнуру, чтобы его удлинение было равно 6 см.

Анализ физической проблемы. При растяжении шнура возникает сила упругости, которая по значению равна силе, действующей на шнур: F_упр = F.

Для построения графика зависимости F_уπр (х) начертим две взаимно перпендикулярных оси. На горизонтальной оси будем откладывать удлинение x шнура, а на вертикальной — соответствующее значение силы упругости Fупр.

Деформацией называют изменение формы и (или) размеров тела. Если после прекращения действия на тело внешних сил деформация полностью исчезает, то это упругая деформация; если деформация сохраняется, то это пластическая деформация.

Сила упругости Р_упр — это сила, которая возникает во время деформации тела и направлена в сторону, противоположную направлению смещения частей этого тела при деформации. Сила упругости — проявление действия межмолекулярных сил.

При малых упругих деформациях растяжения и сжатия выполняется закон Гука: сила упругости прямо пропорциональна удлинению тела и всегда пытается вернуть тело в недеформированное состояние: F_упр = kx.

Приборы для измерения силы называют динамометрами. Простейшие из них — пружинные динамометры.

1. Что такое деформация? В чем причина ее возникновения? 2. Какие виды деформаций вы знаете? Приведите примеры. 3. Какие деформации называют упругими? пластическими? Приведите примеры. 4. Дайте определение силы упругости. 5. Почему возникает сила упругости? 6. Сформулируйте закон Гука. 7. Какой прибор служит для измерения силы? 8. Опишите строение простейшего лабораторного динамометра.

1. На стол положили тяжелый брусок. Что происходит со столешницей? Выполните схематический рисунок и укажите силу упругости, действующую на брусок со стороны столешницы.

2. Пружина в растянутом состоянии имеет длину 12 см. Какова длина недеформированной пружины, если удлинение равно 20 мм?

Читайте так же:

Чем отличается кислородный баллон от углекислотного

3. Жесткость пружины равна 20 Н/м. Какую силу нужно приложить к пружине, чтобы растянуть ее на 0,1 м?

4. Зная силу упругости и удлинение пружины, определите жесткость пружины:

5. Воспользовавшись законом Гука, найдите значение физических величин

6. При сжатии пружины на 7 см возникает сила упругости 2,8 кН. Какая сила возникнет при сжатии этой пружины на 4,2 мм?

7. Производители часто представляют характеристики своих пружин с помощью графиков. На рис. 1 приведены графики зависимости Е_упр(х) для двух пружин. Определите жесткость каждой пружины. Вычислите удлинение каждой пружины в случае, если к ней приложена сила 25 Н.

8. Две пружины, имеющие жесткости 40 Н/м и 50 Н/м, соединены последовательно (рис. 2). Каким будет удлинение этой системы пружин, если к ней приложить силу F = 10 Н? Какова жесткость системы? Обратите внимание: при последовательном соединении пружин сила упругости будет одинаковой в любой точке системы:

Физика и техника в Украине

Днепропетровский национальный университет имени Олеся Гончара (ДНУ) — одно из ведущих высших учебных заведений Украины. Первый набор студентов ДНУ осуществил в 1918 г. Первым ректором университета был известный ученый-биолог Владимир Порфирье-вич Карпов (1870-1943).

Университет гордится целой плеядой ученых-физиков, среди которых Г. В. Курдю-мов, В. И. Данилов, А. Н. Динник, В. С. Будник, В. И. Моссаковский и многие другие. Благодаря усилиям ведущих научных сотрудников в ДНУ успешно развиваются известные научные школы в области математики, механики, радиофизики, ракетно-космической техники, нейрокибернетики и др.

Благодаря общегосударственному и международному признанию Днепропетровскому университету был присвоен статус национального.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 8

Тема. Исследование упругих свойств тел.

Цель: исследовать упругие свойства резиновых шнуров при деформации растяжения. Оборудование: штатив с муфтой и лапкой; три одинаковых резиновых шнура длиной 15-20 см; набор грузов массой 100 г каждый; ученическая линейка.

УКАЗАНИЯ К РАБОТЕ Подготовка к эксперименту

1. Прежде чем приступить к выполнению работы, убедитесь, что вы знаете ответы на следующие вопросы.

1) Что такое деформация? Какие существуют виды деформации?

2) Какие деформации называют упругими? пластическими?

3) По какой формуле рассчитывают силу упругости?

2. Определите цену деления шкалы линейки.

3. Соберите устройство.

1) На концах одного из шнуров (шнур А) завяжите петли так, чтобы расстояние между узлами было около 8 см.

2) Сложите два других шнура и получите двойной шнур В. На его концах тоже завяжите петли так, чтобы расстояние между узлами было 8 см.

3) Шнуры А и Вподвесьте за петли на лапку штатива (рис. 1).

Строго придерживайтесь инструкции по безопасности (см. форзац).

Результаты измерений и вычислений сразу заносите в таблицу.

1. Потянув за петлю, выровняйте шнур А, не растягивая его. Измерьте расстояние 1_оа между узлами — длину недеформированного шнура А.

2. Подвесьте к шнуру Агруз массой 100 г (рис. 2). Измерьте расстояние 1_а между узлами — длину деформированного шнура А.

Примечание.Если подвешенный к шнуру груз массой 100 г находится в состоянии покоя, он растягивает шнур с силой, которая приблизительно равна 1 Н.

3. Снимите груз. Выясните, вернулся ли нижний узел шнура Ав исходное положение, то есть была ли деформация шнура упругой.

4. Подвесьте к шнуру Апоследовательно 2, 3, 4 груза. Для каждого случая измерьте длину деформированного шнура А.

Обратите внимание:после каждого опыта следует снимать грузы и определять, вернулся ли нижний узел шнура в исходное положение. Если деформация шнура перестанет быть упругой (после снятия грузов шнур останется деформированным), опыты следует прекратить.

Понимание работы вашей подвески – ее жесткость.

Хорошая работа подвески вашего автомобиля — понятие субъективное. А еще здесь очень много волшебства. В комбинации эти две вещи никогда не дадут другим понять, какие именно настройки подвески нужны вам. Но это полбеды, дополнительную путаницу вносят еще миллион параметров. Такие как разница дорожного покрытия, погодных условий вождения, стиля езды, снаряженного веса, и ряда других, которые тоже влияют. В результате ваша подвеска будет казаться мягкой, а вашей маме наоборот предельно жесткой.

Развенчание мифа «жестче — лучше».

Жестче пружины — лучше

Итак, приступим. Скоростным маневрам не интересно ваше мнение, ваши ощущения обманчивы, потому отыщите безопасную площадку. Я вам расскажу про отрицательный развал, растянутые шины, уничтоженный дорожный просвет и чрезмерную жесткость пружин — всё это делает машину неуправляемой.

КОЭФФИЦИЕНТ ЖЕСТКОСТИ ПРУЖИН

Размышляя о правильной жесткости вашей подвески первым делом на ум приходят пружины. Именно пружины являются важнейшим ее элементом. Они не дают машине касаться дороги, контролируют сцепление шин с поверхностью при езде по ухабам. Пружины ограничивают крены кузова в поворотах, сопротивляются «приседанию» на заднюю ось при нажатии на газ, не дают сильно клюнуть носом при торможении. От пружин зависит высота автомобиля. Если отбросить прочие составляющие подвески, пружины сильнее всего влияют на управляемость автомобиля. Заметим, что бесконтрольное увеличение жесткости пружин негативно сказывается на множестве других параметров.

Мы не можем говорить о жесткости пружины, не упоминая коэффициент жесткости пружины. По простому это количество веса, который требуется для сжатия пружины на один дюйм. Это универсальная мера, применяется в принципе к различным пружинам — от пружины подвески до клапанной пружины. Пишется примерно так: 500 lbs/in, и чем больше значение, тем жестче.

Линейная и прогрессивная жесткость. Теперь немного усложним теорию. Знайте, что коэффициент жесткости бывает двух типов. Первый тип — линейный, и не имеет значения насколько сжата пружина, какой вес на нее давит или насколько одинаково настроены койловеры. Предсказуемый характер делает такие пружины идеальными для ровных поверхностей вроде подготовленных треков, резко отличающихся от пересеченной местности из-за отсутствия кочек и выбоин. У пружин с прогрессивной жесткостью коэффициент меняет свое значение, например, растет с ростом давления на пружину и зависит от настройки койловеров. Динамически изменяемая жесткость идеальна для уличной езды, ведь поверхность уличных дорог более неравномерна, чем на гоночной трассе. Таким образом, коэффициент жесткости варьируется от жесткого до мягкого в зависимости от того, насколько сильно сжата пружина.

Когда жесткие — совсем жесткие. Независимо от того, какие пружины вы поставите на свою S13, вашей целью, скорее всего, будет уменьшение клиренса, а с ним и центра тяжести. Это значит, что коэффициент сжатия пружин будет жестче, чем задумывал Ниссан, когда подбирал коэффициент жесткости с учетом того, что сберечь амортизаторы от пробоев. Если пружины через чур жесткие, качество езды пострадает. В жертву жесткости будет принесена работа шин на ухабистом неровном покрытии. Также чрезмерно жесткие пружины способствуют избыточной поворачиваемости. Другими словами, при чрезмерной жесткости управляемость станет хуже, чем была прежде.

В поисках баланса

Есть два неутешительных довода, о которых надо помнить. Первое, пружины с таким же коэффициентом как на Миате вашего товарища полностью бесполезны для вас, ваша машина с такими же пружинами не будет управляться также хорошо. Чтобы это случилось, вам нужна такая же Миата, с такими же настройками подвески на таких же колесах. Но вы-то не этого хотите? Второе, вы не можете сделать машину настолько мягкой, чтобы вашей маме было комфортно и одновременно, чтобы машина делала на гоночном треке то, что вы от нее требуете. Это взаимоисключающие вещи. С пружинами, у которых динамический коэффициент сжатия, вы приблизитесь к этому, но все же это недостижимая фантазия, которая никогда не станет правдой.

Выясним подходящую жесткость пружин. Нет такого магического коэффициента жесткости пружин, который предлагают и могут нахваливать в интернете или журналах. Вскоре вы поймете, что выбрать правильную жесткость пружин для вас, вашего автомобиля в соответствии с вашими планами на определенную езду крайне сложно. Во-первых, призовем на помощь сложную математику, для расчёта частоты подвески, которую вы хотите получить, другим вариантом будет понять, к какой подрессоренной массе должен прийти ваш автомобиль. Для ответа на этот вопрос вы должны знать ход колеса и подрессоренную массу до этих изменений для расчёта хода подвески.

Просто начните пробовать варианты, и по-видимому, придется тестировать их на такой же как у вас машине. Поставьте для эксперимента чуть более жесткие пружины. Этим вы уменьшите ход подвески, увеличите боковое сцепление, сделаете шасси более отзывчивым. Но если вы не собираетесь проводить большую часть времени на треке, большая жесткость принесет больше вреда. На обычных дорогах с переменным покрытием более мягкие или с переменной жесткостью пружины ведут себя лучше. Но помните, что уменьшенный клиренс и мягкие пружины обычно плохой вариант.

Об измерении жесткости пружин

Вы уже знаете, что коэффициент жесткости выражается в количестве фунтов давящих на квадратный дюйм. Но не все коэффициенты на пружинах расчитываются в соотношении фунты на квадратный дюйм. Оказывается, что в остальном мире используется метрическая система, и есть большой шанс, что вам попадутся именно такие. И вы увидите что-то вроде 8kg/mm, и захотите сравнить с чем-то вроде 500 lbs/in.
Знайте, что 1кг/мм эквивалентен 56 lbs/in. Другими словами: кг/мм x 56 = lbs / in. Или поделим lbs/in / 56 = кг.мм.

Читайте так же:

Как соединить пвх трубу с полипропиленовой

Стабилизатор поперечной устойчивости и пружины

Стабилизатор поперечной устойчивости сопротивляется крену автомобиля, работает по принципу торсиона на кручение. Он влияет на баланс управляемости, и при правильном применении минимизирует угол хода подвески, что означает, что шины работают эффективнее, а пружины могут правильно отрабатывать нагрузку.

Поворот с большим углом и физика говорят нам, что в этот момент часть веса автомобиля перекидывается в диагональном направлении вызывая эффект скручивания между шасси и подвеской. Стабилизатор противодействует части этой силы. Стабилизатор прикручивается прямо к шасси через серию сайлент-блоков и выходит концами на ступицу. В сборе это работает как большая пружина, которая скручиваясь под нагрузкой сопротивляется крену кузова лучше, чем могли бы пружины подвески. Есть четыре параметра стабилизатора, на которые следует обращать внимание. диаметр, длина, длина рычага, сила металла. Хотите поразить друзей познаниями? Расскажите им, что по отношению к росту диаметра стабилизатора, его жесткость растет четверократно. Например увеличив диаметр стабилизатора вдвое, он станет жестче в восемь раз!

Последствия увеличения жесткости. Каждый раз, когда вы задумываетесь об замене пружин на более жесткие, не забывайте, что правильный стабилизатор поперечной устойчивости справиться с кренами лучше. Все станет очень хорошо на входах и выходах из поворотов, но чрезмерно жестким стабилизатором вы задушите независимую подвеску более чем полностью. На ухабах, выбоинах, неоднородной поверхности это приведет к меньшему пятну контакта колеса с поверхностью и худшей стабильностью, чем даже если бы вы ехали вообще без стабилизатора. Также как и с пружинами, начните экспериментировать со тюнинговыми стабилизаторами, предлагаемыми на рынке запчастей, начните с мягких настроек, и убедитесь, что при установке стабилизатор встает без какого-либо преднатяжения.

Амортизаторы и пружины

Если от пружин зависит ход подвески и смещение веса, то амортизаторы влияют на то, как это быстро происходит. Жесткие амортизаторы замедляют колебания пружины, тормозят ее движение вверх-вниз. Более мягкие хуже затормаживают пружину, часто приводя к обратному — к дополнительным паразитным колебаниям. Амортизатор подвески — комплексный компонент, и его работа характеризуется тремя состояниями:

Мягкий амортизатор — позволяет пружине делать дополнительные колебания перед полной остановкой, в результате шасси подпрыгивает, колеса теряют контакт с дорогой, и не находят его продолжительное время, после того как кочка пройдена. Ваше вождение при этом выглядит нелепо.

Жесткий амортизатор — чрезмерно жесткий амортизатор препятствует полному сжатию пружины.

Критически жесткий амортизатор — позволяет пружине совершить лишь однократный цикл сжатия-разжатия до остановки.

На самом деле ваш амортизатор находится где-то между жестким и очень жестким вариантом. Такой амортизатор будет лучшим на ровной поверхности. Если вы подумываете над регулируемыми койловерами, самое время их использовать. Как и с предыдущими элементами, начинайте с мягких настроек и далее регулируйте в сторону жесткости.

Сайлент-блоки и амортизаторы

В вашей машине используются сайлент-блоки всех сортов. Сейчас мы рассмотрим лишь те, которые крепят элементы подвески к шасси. Для драйва как и с другими элементами — более жесткие лучше. Будьте реалистом, как и в предыдущих случаях подумайте, как повезете потом бабушку к педиатру.

!Но жесткие почти всегда лучше! На примере сайлент-блоков стабилизатор поперечной устойчивости, жесткие позволят получить немедленный отклик от стабилизатора при крене. Берите жесткие, получите опыт жесткой и шумной езды. Полиуритановые лучший выбор между обычными резиновыми, и алюминиевыми, которые рекомендует Хонда. Жесткие сайлент-блоки помогут против кренов при жестком вождении, по сравнению с более податливыми заводскими.

Шасси и амортизаторы

Чем более расхлябанное и гибкое у вас шасси, тем больше оно напоминает большую, жирную и неуправляемую пружину. В разрез со сказанным ранее, вы никогда не сделаете шасси жестким в достаточной мере.

Распорки: Вы можете проварить дополнительные сварные швы по кузову своей Селики для увеличения жесткости, а можете всего лишь поставить в нее распорку. Все эти распорки, поперечные стабилизаторы, каркасы увеличивают жесткость шасси, а это значит, что ваши пружины, амортизаторы, и шины станут работать эффективнее.

Хорошо
Жесткие пружины ограничивают ход подвески ( важно для низких машин)
Жесткие пружины увеличивают температуру шин улучшая сцепление
Жесткие пружины увеличивают чувствительность управления
Жесткие пружины, амортизаторы и сайлент-блоки делают управление четким и послушным
Жесткий стабилизатор уменьшает крены кузова
Жесткий стабилизатор и амортизаторы увеличивают пятно контакта
Жесткие полиуретановые сайлент-блоки служат дольше
Жесткие распорки и каркасы делают шасси долговечнее
Жесткие распорки и каркасы дают возможность элементам подвески работать лучше

Плохо
Жесткие пружины убивают комфортную езду
Жесткие пружины работают хуже обычных на плохих неровных дорогах
Жесткий стабилизатор внутреннее пятно контакта
Жесткий стабилизатор уменьшает сцепление шин на входе-выходе из поворотах
Жесткие сайлент-блоки повышают шумность при езде

Теперь все это установим

Вы знаете, что можете улучшить вашу подвеску. Вы знаете, что надо сделать. Но не уверены, с чего начать. Следуя нижеследующему порядку, вы добьетесь лучших результатов.

Шаг 1: Рассчитайте коэффициент жесткости пружин и подберите соответствующие ему амортизаторы.
Шаг 2: Замеряйте вес автомобиля.
Шаг 3: Поставьте все это, протестируйте и вернитесь к первому и второму шагу, если шины работают плохо.
Шаг 4: По результатам третьего шага подберите стабилизатор поперечной устойчивости.
Шаг 5: Установите стабилизатор, протестируйте, и вернитесь на шаг 4, если вышло так себе.
Шаг 6: Настройте койловеры подобрав необходимую жесткость, если у вас койловеры.
Шаг 7: Проверьте что получилось, вернитесь на шаг 6, если не нравится результат.

ПАМЯТКА УМЕНЬШАЮЩИМ КЛИРЕНС
Вы, конечно, знаете, что есть больше чем один вид койловеров. Лучшие версии имеют регулировку жесткости, и также дают отрегулировать дорожный просвет незатрагивая пружину. А еще необходимо обеспечить предзагрузку пружины. Немного сжав ее, вы не дадите ей выскочить во время сжатия — разжатия. Также проследите за правильной длиной хода амортизатора. Не все койловеры дают это сделать, к сожалению. Недорогие версии сжимают пружину при уменьшении клиренса. Обычно, при использовании пружин с линейным коэффициентом сжатия, в этом нет ничего страшного. Но надо помнить, что поджатая пружина может уменьшить ход подвески более, чем вы планировали. Следите за тем, чтобы это не привело к касанию кузовом земли на сжатии в нижней точке.

Руководство по жесткости матраса: что означают разные уровни (шкала 1-10)

При покупке матраса следует учитывать несколько ключевых моментов, таких как надлежащая поддержка, универсальный комфорт и снятие давления; но самое главное — это жесткость матраса. Качество матраса — главный аргумент при выборе матраса, но иногда это может сбивать с толку. Если вы ошибетесь, вы можете в конечном итоге купить слишком мягкий или слишком твердый бренд. Это руководство может помочь вам выбрать не только лучший матрас в целом, но и подходящий матрас для являетесь.

Чувства матраса сильно различаются. Вес тела, тип телосложения и положение для сна могут повлиять на ощущения в постели для всех. Общее правило состоит в том, что пока матрас удобный, тогда тебе хорошо идти. Но это уже не так просто.

Правильная жесткость матраса может помочь достичь оптимального здоровья сна, обеспечив адекватную поддержку, выравнивание позвоночника и снятие давления с основных точек давления тела, таких как спина, плечи и бедра. Если вы выберете матрас, который не подходит вашему телосложению и положению во время сна, в долгосрочной перспективе это может вызвать у вас дополнительные проблемы. Добавьте к этому различные боли и недуги, которые мы, простые смертные, испытывают ежедневно, или, что еще хуже, что-нибудь хроническое, например фибромиалгии, тогда предпочтения по твердости могут немного сбить с толку.

К счастью, в настоящее время производители матрасов создали определенные типы матрасов, которые подходят для каждого типа тела и положения сна, а также продолжают производить матрасы, которые могут быть «одного размера для всех».

Руководство по жесткости матраса

Что такое жесткость матраса?

Проще говоря, жесткость матраса означает, насколько твердым (или мягким) матрас на ощупь. По шкале жесткости матраса он варьируется от 1 до 10, где 1 — самый мягкий, а 10 — самый жесткий.

Как упоминалось выше, ощущения от матраса у всех разные. То, что может быть твердым для одних, может быть мягким для других. Возьмем, к примеру, матрас средней жесткости. Более тяжелые люди, поскольку их тела создают большее давление, склонны считать матрас средней жесткости более мягким, в то время как более легкие и миниатюрные люди могут сказать, что матрас средней жесткости может ощущаться более жестким, чем средний.

Большинство брендов матрасов включают руководство по жесткости матраса для каждого из своих матрасов, но ничто не сравнится с тем, чтобы попробовать его на себе. К счастью, многие из этих брендов матрасов теперь предлагают безрисковые испытания сна, чтобы вы могли опробовать матрас, не выходя из собственного дома.

Определенные уровни устойчивости

Шкала жесткости матрасов была создана производителями матрасов, чтобы помочь спящим определить, какая жесткость матраса им подходит. Хотя мы можем довольно легко определить мягкость и твердость, шкала жесткости матраса помогает нам определить нюансы, которые лежат между ними — от мягкого до средне-мягкого, среднего и средне-жесткого и так далее. Сегодня компании даже предлагают плюшевые матрасы, которые могут быть очень мягкими.

Читайте так же:

Ключ трубный американского типа

Шкала идет от 1 до 10, где 10 — самое твердое. Большинство брендов матрасов используют приведенную ниже шкалу для определения уровней жесткости матрасов. Имейте в виду, что некоторые компании могут добавить небольшую или две доли, например 5, чтобы дополнительно определить жесткость своих матрасов.

1 = очень мягкий

Экстра-мягкий матрас именно такой — сверхмягкий. Эти матрасы практически не поддерживают и не рекомендуются для любого типа спящих.

2-3 = мягкий

Мягкий матрас обеспечивает ощущение глубины и мягкости, а в случае пена памяти, максимальная глубина погружения, подходящая для строгие боковые шпалы среднего веса. Более мягкие матрасы также подходят тем, кто страдает хроническими болями. Amerisleep AS5 хороший пример мягкого матраса.

3-4 = средний-мягкий

Матрасы средней мягкости — это мягкие матрасы с немного меньшей податливостью. Они также предназначены для боковых шпал и также могут быть хорошим вариантом для комбинированных шпал. удобный — хороший выбор для матраса средней мягкости.

4-6 = средний

Вероятно, самый популярный уровень жесткости, каждая марка матрасов предлагает средний, так как он подходит для большинства типов спящих. Этот уровень жесткости в равной степени обеспечивает поддержку позвоночника, комфорт и снятие давления. Каспер делает лучший матрас среднего размера.

6-7 = Средняя фирма

Немного углубляясь в категорию жестких матрасов, матрасы средней жесткости предлагают немного меньшее погружение и немного меньше прижиманий, чем матрасы средней и средней мягкости. Наш любимый бренд средних фирм — это Холостой латексный гибрид.

7-8 = Фирма

Более прочные матрасы предлагают ровную и твердую спальную поверхность, практически не поддающуюся подаче. Тем, кто нуждается в хорошей опоре, особенно для спины, обычно рекомендуют прочные матрасы. Что касается твердых матрасов, мы рекомендуем Нола Эволюция 15.

9-10 = Дополнительная фирма

Некоторые бренды матрасов в шутку называют этот уровень жесткости твердым как скала, и иногда они не ошибаются. Благодаря более тонким комфортным слоям и очень прочной опорной основе матрасы повышенной прочности попадают в категорию не очень удобных. Более жесткие кровати обычно рекомендуются только тем, кто в этом нуждается в терапевтических целях.

Жесткость матраса и положения для сна

Вы можете спросить, почему при выборе матраса так важна жесткость матраса? Во-первых, жесткость матраса — это комфорт спящего. Вы же не хотели бы лечь на слишком мягкий или слишком жесткий матрас, не так ли? Мы все хотим чего-то правильного.

Но подходящее для меня не обязательно означает, что оно подходит вам, даже если у нас может быть одно и то же предпочтительное положение для сна. В игру вступает вес тела. В игру вступает и множество других предпочтений, таких как образ жизни и убеждения (например, веганы, которые могут предпочесть полностью веганскую кровать), но в этой статье мы сосредоточимся на жесткости матраса.

Поза для сна довольно проста. Вы можете быть:

Спальное место сзади — назад и спящие желудки нужен более жесткий матрас. Более прочные матрасы, как правило, обеспечивают большую поддержку бедер и позвоночника, а также поясницы. Эти области являются основными точками давления для тех, кто спит на животе и спине. Некоторые люди могут быть строгими спящими. В этом случае им часто понадобится более жесткий матрас, чем в среднем, обычно около 7-10 по шкале жесткости. Достаточно забавно, задние шпалы в настоящее время составляют только 10 процентов населения, но это наиболее благоприятная поза для сна, особенно для тех, кто испытывает проблемы со спиной и шеей.
Спящий живот — Как и большинству спящих на спине, спящим на животе нужны твердые матрасы. Бедра и поясница — это первое, что нужно для сна на животе. Если спящий живот — особенно тот, кто спит строго на животе — спит на более мягком матрасе, бедра и поясница погружаются в матрас, полностью нарушая равновесие их позвоночника. Если не остановить это, это может вызвать дискомфорт, боль или даже более серьезные проблемы. Спящим на животе нужен матрас с оценкой 6-9 по шкале жесткости, в зависимости от веса тела. Только 16 процентов населения попадают в эту категорию спальных мест.
Боковое спальное место — Боковые шпалы составляют 74 процента населения США. Это много сторонних шпал. Если вы строго спите на боку, вам понадобится мягкий матрас, а если вы невысокого роста, вам может потребоваться более мягкий матрас, чем обычно. Но есть и обратная сторона медали: если вы тяжелее 250 фунтов и спите на боку, вам понадобятся матрасы средней и средней жесткости. Это связано с тем, что, как мы упоминали ранее, более тяжелые спящие погружаются в матрас больше, чем более легкие. Однако люди среднего веса будут чувствовать себя комфортно на мягких и средних матрасах, даже если они будут спать строго на боку. Мягкие матрасы позволяют людям, находящимся на боку, удерживать вес на плечах и бедрах, которые больше всего несут их вес во время сна. Вы когда-нибудь задумывались, почему у вас болят плечи (а иногда даже шея) по утрам? Ответ может быть таким же простым, как смена матраса.
Комбинированное спальное место — Комбинированные спящие — это спящие, которые переключаются между разными положениями сна в течение ночи, не придерживаясь одной позиции для сна. Большинство людей фактически меняют положение, но в конечном итоге дольше всего спят в одном положении — это ваше положение для сна, и вам следует выбирать жесткость матраса в зависимости от этого положения во время сна. Комбинированные или комбинированные шпалы обычно хорошо сочетаются с уровнем жесткости матраса от средне-мягкого до средне-жесткого — опять же, в зависимости от веса тела.

Типы матрасов и уровни жесткости

Жесткость матраса в основном зависит от типа матраса и от того, из чего он сделан. Большинство современных матрасов состоят из одного, двух или всех из следующих материалов: пена с эффектом памяти, латексная пена или источники.

В наши дни производители матрасов полагаются на технологии для создания запатентованной пены и ее альтернатив. Вездесущие матрасы с пружинными матрасами прошлого проложили путь гибридные матрасы, которые сочетают в себе поролоновые и пружинные витки, которые обычно помещаются в отдельные карманы для лучшей изоляции движения. Это не означает, что матрас с пружиной утратил свою привлекательность — все еще есть несколько стойких поклонников.

Хотя каждый тип матраса могут быть либо твердыми, либо мягкими, некоторые типы пеноматериалов, такие как латекс, его производные или альтернативы, имеют тенденцию быть более чувствительными, чем любой другой тип пенопласта. Это означает, что они приходят в норму довольно быстро, гораздо быстрее, чем обычные матрасы из пены с эффектом памяти. Латексные матрасы, такие как Саатва Классик имеют тенденцию слегка отклоняться в сторону более мягких матрасов.

Когда вы комбинируете пену и спирали пружины, вы получаете комфорт благодаря комфортным слоям пенопласта и поддержке пружин. Пружины естественно, ну, упругие, а также имеют тенденцию быть более отзывчивыми по сравнению с матрасом из вспененного материала.

Матрасы из пены с эффектом памяти, вероятно, являются самыми популярными матрасами в наши дни. Традиционная пена с эффектом памяти облегает изгибы и контуры тела и помогает снять давление, обеспечивая при этом достаточную поддержку.

Как и уровень жесткости, тип матраса зависит от ваших личных предпочтений. Когда выбор нового матраса, важно провести небольшое исследование матраса, не забывая при этом о своих предпочтениях. И помни, всегда опробуйте ее чтобы узнать, подходит ли вам этот матрас.

Отзывы о связанных продуктах:

Лучшие матрасы
Лучший матрас без пружин

Psst . индустрия обзоров сна полна лжецов, акул и воров. Это современная версия того, как вас обдирают в местном магазине матрасов. Так, почему вы должны нам доверять?

Плюсы и минусы матраса Inofia (Обзоры для всех моделей)

В настоящее время существует огромное количество компаний, производящих матрасы с ящиками для кроватей, которые производят различную продукцию, от бюджетных матрасов до роскошных гостиничных матрасов. Как правило, покупатели отдают предпочтение последнему из-за… Подробнее » Плюсы и минусы матраса Inofia (Обзоры для всех моделей)

Лучшие матрасы, которые не провисают (5 лучших вариантов)

При покупке нового матраса важно учитывать его долговечность. Конечно, ваш комфорт тоже важен, но вы должны понимать, что матрасов тысячи . Подробнее » Лучшие матрасы, которые не провисают (5 лучших вариантов)

Лучшие предложения по матрасам в Черную пятницу (распродажа в Киберпонедельник 2021)

Черная пятница не за горами, и бренды уже представляют свои последние предложения. Вот лучшие предложения по сну в Черную пятницу и Киберпонедельник 2021 года. Добавьте в закладки . Подробнее » Лучшие предложения по матрасам в Черную пятницу (распродажа в Киберпонедельник 2021)

Урок физики в 7 классе с элементами исследования. «Сила упругости»

«Современная профориентация педагогов
и родителей, перспективы рынка труда
и особенности личности подростка»

Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику

МКОУ Первомайская ООШ

Урок физики в 7 классе с элементами исследования.

Читайте так же:

Циркулярка из мотора от стиральной машины

Учитель: Шапошников С. А.

Тема: Сила упругости. Закон Гука.

Форма учебного занятия: комбинированный урок на основе исследовательской деятельности.

Цели урока: Учащиеся должны:

знать о существовании сил упругости, об условиях их возникновения, о силе реакции опоры; знать закон Гука (определение, формулу), определение деформации, что такое упругая и пластическая де формация;

познакомиться с физической величиной — жесткостью; оценить свои умения применять знания о силе упругости к решению физических задач, усвоить характерные особенности сил упругости, возни кающих при упругой деформации тела; научиться применять знания о силе упругости к объяснению и анализу явлений окружающего ми ра;

уметь приводить примеры деформации тел при взаимодействии, вычислять силу упругости, измерять силу упругости.

Задачи урока

Образовательные:

-Дать знания о величинах, характеризующих упругие свойства тела, представление о причинах возникновения сил упругости, дока зать, что между молекулами существует притяжение и отталкивание. Качественный анализ формулы F = кх . Физический смысл коэффи циента упругости (словесно, записать). Составить перечень известных вам видов деформации.

Обосновать связь между силами упругости и силами взаимодей ствия между молекулами. Показать, что взаимодействие между моле кулами является неотъемлемым свойством материальных объектов, что эмпирический базис необходим для формирования основных по ложений теории.

Познакомить учащихся с методами измерения сил упругости, с элементами экспериментального метода определения жесткости пружины. Проконтролировать уровень усвоения закона Гука и показать, что он вытекает из опыта и подтверждается экспериментально.

Расширить и уточнить знания о взаимодействии молекул в твердом теле, о том, что жесткость — одна из основных характеристик твердого тела. Создать научное представление о жесткости как о фи зической величине (обусловленной характером взаимодействия мо лекул твердого тела), зависящей от рода материала и геометрии тела.

2. Воспитательные:

Подчеркнуть взаимосвязь силы упругости с деформацией как пример проявления одного из признаков метода диалектического по знания явлений, значение моделирования механических свойств твердого тела в познании явлений окружающего мира, ограничен ность применения знаний на эмпирическом уровне.

Показать значение опытных фактов и эксперимента в создании модели твердого тела, количественного описания фактов и явлений для изучения свойств твердых тел.

3. Развития мышления:

Проверить уровень самостоятельности мышления учащихся по применению знаний в различных ситуациях. Продолжить работу по формированию умений обобщать опытные данные , анализировать свойства и явле ния на основе знаний.

Формировать умения обобщать известные данные на основе выделения главного, развертывать доказательство на основе данных. Объяснить, почему одна пружина удлинилась на 1 см, а другая — на 2 под действием одной и той же силы (словесно). Объяснить смысл термина «пластическая деформация» (пример).

Использование элементов педагогических технологий:

-работа в малых группах;

Демонстрации:

Типы деформации (упругая и пластическая), виды деформации, возникновении силы упругости при деформации тел.

Оборудование:

Демонстрационное – Прибор для демонстрации видов деформации тел, упругая линейка на двух опорах и мешочек с песком, стальная пружина и подобная алюминиевая или медная спираль.

Лабораторное – штативы, динамометры, шкала которых заклеена бумагой, наборы грузов массой по 100 г, измерительные ленты, линейки и листочки с заготовленными таблицами, по числу групп, по одному на группу.

1. Оргмомент. Ребята, сегодняшний урок физики я предлагаю вам начать с разминки – чтобы настроиться на рабочий лад. Давайте разгадаем вот эти ребусы:

Т=Н

У нас получились слова: «Сила упругости. Закон Гука».

Ребята, это и есть тема нашего сегодняшнего урока, предлагаю записать её в рабочую тетрадь.

2. Проверка усвоения изученного материала.

— Обратите внимание на слово «Сила», раз мы продолжим изучать силы, нам надо кое-что о силах вспомнить, и сделаем мы это в форме беседы.

— Ребята, мы с вами начали изучать причины изменения скорости тел, и пришли к выводу, что скорости тел изменяются… Кто продолжит мою фразу? (под действием других тел) Что является причиной изменения скорости тел?

— И как же назвали физическую величину, являющуюся мерой действия одного тела на другое? (Сила).

— Как в физике обозначают силу? ( F )

— Чем характеризуется сила? Другими словами, от чего зависит действие силы? (Величиной и направлением, т. е. сила – векторная величина, имеет значение и точка приложения силы).

— Как условно изображают силы на чертежах, рисунках? (В виде стрелочки). В какую сторону направляют стрелочку? ( В сторону действия силы).

— А как показать на чертеже величину силы? (Соответствующей ей длиной стрелочки).

— Какую силу приняли за единицу измерения сил? ( 1 Н – это сила, которая за 1 секунду изменяет скорость тела массой 1 кг. на 1 м/с.)

— Что Вы можете сказать о силе притяжения тела к Земле? (Она называется силой тяжести, направлена вертикально вниз и зависит от массы тела, обозначается F т. )

— Как вычислить величину силы тяжести? ( F т. = mg , где g = 9,8 Н/кг.)

— Как надо поступить, чтобы определить поведение тела, на которое действует не одна сила, а несколько? (надо сложить силы, или найти их равнодействующую).

— Как находится равнодействующая двух сил, направленных вдоль одной прямой в одну сторону? ( F = F 1 + F 2 )

— А в противоположные стороны? (Если F 1 > F 2, то ( F = F 1 — F 2, и будет направлена в сторону большей силы).

— Что говорят о силах, равных по величине и противоположных по направлению, действующих на одно и то же тело? (Их равнодействующая равна 0, они уравновешивают или компенсируют друг друга).

— Может ли изменить свою скорость тело под действием пары таких сил? ( Нет).

3. Изучение нового материала.

— Мы с вами уже знаем, что на все тела, находящиеся вблизи Земли, действует сила тяжести. Под действием этой силы падают на Землю капли дождя, снежинки, оторвавшиеся от веток листья, подброшенные вверх предметы. Но когда все они достигли какой – то опоры, то останавливаются. Например, тот же снег, лежащий на крыше. А ведь Земля продолжает его к себе притягивать. Почему же он не проваливается сквозь крышу, что препятствует его падению? Крыша. Она действует на снег с силой, равной силе тяжести, но направленной в противоположную сторону. Что это за сила?

Рассмотрим опыт: доска, лежащая на двух подстав ках. Если на ее середину поместить груз, то под действием силы тяжести груз начнет двигаться, но через некоторое время, прогнув доску, остановится. При этом сила тяжести окажется уравновешенной силой, действующей на гирю со стороны изогнутой доски и направленной вертикально вверх. Эта сила называется силой упругости. Сила упругости возникает при деформации. Деформация — это изменение формы или размеров тела. Одним из видов деформации является изгиб. Чем больше прогибается опора, тем больше сила упругости, действующая со стороны этой опоры на тело. Перед тем как тело (гирю) положили на доску, эта сила отсутствовала. По мере движения гири, которая все сильнее и сильнее прогибала свою опору, возрастала и сила упругости. В момент остановки гири сила упругости достигла значения силы тяжести и их равнодействующая стала равной нулю.

Если на опору поместить достаточно легкий предмет, то ее деформация может оказаться столь незначительной, что никакого изменения формы опоры мы не заметим. Но деформация все равно будет! А вместе с ней будет действовать и сила упругости, препятствующая падению тела, находящегося на данной опоре. В подобных случаях (когда деформация тела незаметна и изменением размеров опоры можно пренебречь) силу упругости называют силой реакции опоры.

Если вместо опоры использовать какой-либо подвес (нить, веревку, проволоку, стержень и т. д.), то прикрепленный к нему предмет также может удерживаться в покое. Сила тяжести и здесь будет уравновешена противоположно направленной силой упругости. Сила упругости при этом возникает из-за того, что подвес под действием прикрепленного к нему груза растягивается. Растяжение еще один вид деформации.

Сила упругости возникает и при сжатии. Именно она заставляет распрямляться сжатую пружину и толкать прикрепленное к ней тело.

Рассмотрим виды деформации на примере вот этого тела:

— Демонстрация видов деформации: (растяжение, сжатие, изгиб, кручение, сдвиг).

4. Исследовательская работа.

1). — А теперь у меня к вам вопрос. Существует ли какая-то зависимость между величиной деформации тела и силой упругости, возникающей при этой деформации? Если зависимость существует, то какая именно? Что вы можете предположить из личного жизненного опыта? Случалось ли вам наклонять ветки в саду, к примеру, чтобы сорвать яблоко?

(выдвигаются гипотезы – формулировку можно записать на доске, приблизительно так: Чем больше деформация тела, тем больше сила упругости, возникающая при этом).

2). Исследования на тему «Изменение длины пружины под действием силы».

Каждой группе учащихся выданы принадлежности: подвешенная на вертикальной стойке, на которую нанесены деления, пружина со стрелкой, четыре груза одинаковой массы. Ученики также получили карточки, содержащие следующие таблицы для записи результатов исследований.

Задания группам: спланировать самостоятельно порядок проведения исследования зависимости между изменением длины пружины (деформацией) и приложенной к пружине силой, пользуясь предложенным набором предметов.

Провести исследовательский эксперимент, полученные результаты записать в таблицу.

голоса

Рейтинг статьи

Жесткость пружины — формула и примеры расчетов