Aufbringens Hooke s Law Erstellen Sie Ihre eigene Federwaage

Leichte Verletzungen möglich

Hookeschen Gesetz sagt, daß die Gegenkraft einer Feder auf die Menge direkt proportional ist, mit dem die Feder gespannt ist. Wie genau Hookeschen Gesetz, das Verhalten realer Quellen beschreiben? Kann Federn verwendet werden, um eine genaue Waage zum Wiegen von Objekten zu machen? Frühling in Aktion und überzeugen Sie sich selbst mit diesem Projekt.

Das Ziel dieses Projektes ist es Hookeschen Gesetz und sieht, wie eine Feder zu untersuchen, kann Objekte verwendet werden, wiegen.

Einführung

Unter bestimmten Bedingungen hat eine Feder eine interessante Eigenschaft, die von dem Physiker Robert Hooke entdeckt wurde. Die Eigenschaft wird durch eine Gleichung beschrieben nun als Hooke-Gesetz bekannt. Hookeschen Gesetz sagt, daß die Rückstellkraft (F) durch die Feder erzeugt wird, ist proportional zu der Strecke, um die die Feder verlängert wurde (x). In Form einer Gleichung sieht Hookeschen Gesetz wie Gleichung 1:

Wie jeder, der zu viel ein Slinky® etwas gedehnt hat, weiß, wenn Sie die Feder zu weit, Hookeschen Gesetz gilt nicht mehr ziehen. Der Teil der Feder, die zu viel gedehnt wird, mehr nicht zurückschnellen, weil die Strecken ging über die Elastizitätsgrenze des Federmaterials. Wenn dies geschieht, endet die Feder in der Regel mit einem sichtbaren Knick, wo die übermäßigen aufgetreten Recken. So gibt es sicherlich einige Bedingungen, bei denen Hookeschen Gesetz findet keine Anwendung.

Dieses Experiment ist zu prüfen, ob Hookeschen Gesetz genau die Dehnung einer Feder über einen bestimmten Bereich beschreibt. Können Sie sich eine Feder kalibrieren und dann verwenden, um Objekte von unbekannter Masse wiegen? Probieren Sie es selbst und finden Sie heraus.

Begriffe und Konzepte

Frühling
Hooke-Gesetz
Wiederherstellungskräfte
Federkonstante
Elastizitätsgrenze

Wie kann eine Feder verwendet werden, um ein Objekt zu wiegen? Können Sie Beispiele aus der Praxis von Federwaagen finden?
Was passiert, wenn eine Feder über seine Elastizitätsgrenze verlängert wird?

Literaturverzeichnis

Materialien und Geräte

Um dieses Experiment durchführen, müssen Sie die folgenden Materialien und Geräte:

Versuchsdurchführung

Behalten Sie Ihre Ergebnisse in Tabellen wie Tabelle 1. Sie werden für jede Feder eine neue Tabelle benötigen.

Um die Änderung in der Länge zu berechnen, subtrahiert die durchschnittliche Länge der Feder ohne Gewicht (0 g) aus der gemittelten gemessenen Länge für jede der anderen Gewicht.
Für jede Feder, eine Kurve der Änderung der Länge der Feder machen (in cm, y-Achse) gegen die Masse des Gewichts von der Feder hängenden (in g, x-Achse).
Fortgeschrittene die Längenänderung der Feder (in cm, y-Achse) gegen die Kraft auf der Feder Diagramm sollte (in Newton, x-Achse). Die Kraft auf die Feder in Newtons kann aufgrund der Schwerkraft durch die Beschleunigung durch Multiplizieren der Masse (in kg), erhalten werden: 9,8 m / s 2, dass Erinnern g umwandeln zu kg, muss man mit 1000 teilen.
Von Ihrem Diagramm angezeigt wird, dass Ihr Frühjahr nach Hookeschen Gesetz ist?
Was ist die Federkonstante (k) für jede Feder? Seien Sie vorsichtig, wenn Sie diese berechnen. Die Federkonstante ist die Steigung einer Kurve der Kraft gegen die Verschiebung, aber das ist nicht das, was Sie in Schritt 5 aufgetragen.
Mit Hilfe des passenden Grafik können Sie Ihren Frühling verwenden das Gewicht eines anderen Objekts zu messen? ein Objekt mit unbekanntem Gewicht aus der Feder hängt, dann die Feder der Längenänderung messen. Verwenden Sie Ihr Diagramm, um zu bestimmen, wie viel sollte das Objekt wiegen. Prüfen Sie, wie genau Ihre Messung ist auf der Küchenwaage das Objekt durch Wiegen.

Variationen

Ein erweiterte Experiment eines federbasierten mechanisches Modell des menschlichen Knies, siehe die Science Buddies Kniebeugen Projekt: Mess Knie Druck mit einem mechanischen Modell.
Lesen Sie mehr über nichtlineare Federn in der Linear - Nonlinear Federn Tutorial. Hat diese Informationen, um Ihre Ergebnisse gelten?
Wiederholen Sie das Experiment mit anderen „dehnbar“ Objekten wie Gummibänder. Wie unterscheiden sich Ihre Ergebnisse?
Können Sie einen Weg finden, um das Experiment zu tun, indem sie die Federn (Kompression) zerquetschen, anstatt sie (Spannung) der Dehnung?

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