ثابت فنر چیست؟ آیا با عوامل موثر بر ثابت فنر آشنا هستید؟ در واقع فنرها اجسام مکانیکی و کشسانی هستند که پس از تغییر شکل و کشیده شدن با فشرده شدن می‌توانند مجدد به شکل اصلی خود باز گردند. این فنرها امروزه در انواع تجهیزات مکانیکی از جمله اسباب بازی‌ها به کار برده می‌شوند.
از جمله دلایل مهم تولید انواع فنر و استفاده از آن‌ها این است که فنر می‌تواند انرژی مکانیکی را به خوبی ذخیره‌سازی کند. از مشخصات و ویژگی‌های مهم فنر که نقش مهمی در طراحی، ساخت و عملکرد آن دارد به نام ثابت فنر معروف است. در واقع نشان دهنده رابطه خطی بین نیرو و مقدار جابه‌جایی فنر است.
به عبارتی بهتر این ثابت پارامتر ریاضی بوده که در قانون هوک به کار گرفته می‌شود و در اصل نشان دهنده مقدار سختی فنر در برابر تغییر شکل است. در صورتی که تمایل دارید با این ثابت بیشتر آشنا شوید، پیشنهاد می‌کنیم این مطلب را که در مورد توضیح دقیق‌تر این ثابت و واحد و فرمول آن است را مطالعه فرمایید.
فرمول ثابت فنر
بهتر است در ابتدا شما را با فرمول ثابت فنر آشنا کنیم. رابرت هوک که در اصل همان شخص نویسنده قانون هوک بوده، قانون خود را این گونه بیان کرده که هر چقدر یک فنر را تغییر شکل دهید، نیروی بیشتری نیز برای تغییر شکل آن نیاز خواهد بود.
لازم به ذکر است که این فیزیک‌دان بریتانیایی برای نخستین بار قانون خود را در سال 1678 معرفی کرد، با این وجود که ادعا می‌کند حدود دو دهه از این قانون مطلع بوده است. به طور کلی فرمول ثابت فنر بر اساس قانون هوک به صورت زیر است:
F = kX
بر اساس این فرمول ثابت فنر F در واقع نیرو، k ثابت فنر و x طول تغییر شکل است.
ثابت فنر چقدر است؟
اکنون احتمالا این سوال برای شما پیش آید که ثابت فنر چقدر است؟ لازم است بدانید که ثابت فنر در اصل ضریبی است که با نیروی وارد شده بر فتر ارتباط مستقیمی دارد. به این معنی که به صورت دقیق مشخص می‌کند که برای تغییر دادن شکل فنر به چه میزان نیرو نیاز خواهید داشت. واحد اندازه‌گیری این ثابت نیوتن بر متر است. بنابراین برای مشخص کردن میزان ثابت باید به موارد و عوامل زیر دقت کنید:
- قطر سیم: قطر سیمی که شامل فنر است.
- قطر سیم پیچ: قطر هر سیم پیچ و اندازه‌گیری میزان سختی آن
- طول آزاد: طول فنر در زمان استراحت
- مقدار سیم پیچ فعال: تعداد سیم پیچ‌هایی که آزاد و منقبض می‌شوند.
تمامی موارد ذکر شده از جمله عوامل مهمی هستند که می‌توانید با کمک آن مقدار ثابت را مشخص کنید. البته لازم به ذکر است که دیگر مواد تشکیل دهنده فنر از جمله خصوصیات فیزیکی آن نیز در تعیین کردن ثابت نقش مهم و موثری دارند. در صورت تمایل به دریافت اطلاعات بیشتر می‌توانید ویدیوی های فنرسازی کبیرفنر را مشاهده کنید.
آزمایش ثابت فنر
اکنون که با عوامل مهم و موثر در تعیین میزان ثابت آشنا شدید، لازم است بدانید که آزمایش‌های مختلفی برای تعیین دقیق این ثابت استفاده می‌شوند که در ادامه به یک آزمایش ثابت فنر اشاره می‌کنیم. برای انجام این آزمایش شما به چند وسیله مهم از جمله فنر، پایه فلزی، وزنه‌های مختلف، خط کش چوبی عمودی برای اندازه‌گیری، نشانگر و قلاب نیاز خواهید داشت.
در ابتدا یک فنر را به صورت عمودی از یک پایه فلزی آویزان کنید. سپس به انتهای فنر یک نشانگر متصل کنید. با کمک این نشانگر شما می‌توانید میزان تغییرات طول فنر را اندازه‌گیری کنید. همچنین باید خط کش را به گونه‌ای قرار دهید که نشانگر وصل شده به فنر یک عدد مشخصی را بر روی خط کش نشان دهد.
در این آزمایش می‌توانید برای اندازه گرفتن ثابت فنر از دو روش پویا و ایستا کمک بگیرید. در صورتی که ابهاماتی در این زمینه دارید می‌توانید به شرکت فروش و تولیدی انواع مختلف فنرها مراجعه کرده و کمک‌های لازم را دریافت کنید.
واحد ثابت فنر
ثابت فنر کمیتی ریاضی بوده که بر اساس قانون هوک مشخص شده و واحد ثابت فنر نیز نیوتن بر متر است. همان‌طور که در بخش قبلی ذکر کردیم قانون هوک به ترتیب زیر نوشته می‌شود:
F = kx
طبق این رابطه F نیروی لازم برای کشیدن و یا فشردن فنر و x جابه‌جایی فنر پس از اعمال نیرو و k همان ثابت فنر است. ثابت فنر نشان دهنده این امر است که کشیدن و یا فشردن فنر سخت است یا خیر. بنابراین ثابت اطلاعات مهمی را در مورد میزان سختی فنر و مقدار نیروی لازم برای فشردن و یا کشیدن آن به ارایه می‌دهد. به همین دلیل نیز نام دیگر ثابت فنر، سختی فنر نیز است. برای اینکه بتوانید واحد این ثابت را به دست آورید ابتدا باید رابطه F = kx را بر اساس k مرتب کنید.
واحد نیرو در SI با نیوتن و واحد جابه‌جایی با متر برابر است. بنابراین واحد نیوتن بر متر خواهد بود. البته برای به دست آوردن کمیت اصلی بر اساس نیوتن باید واحدها را به صورت زیر بنویسید: ( تو گوگل سرچ کنید)
در نتیجه واحد ثابت فنر با کمیت‌های اصلی با مقادیر زیر برابر است: ( تو گوگل سرچ کنید)
البته دقت کنید که فنرها ممکن است به شکل سری در کنار یکدیگر قرار بگیرند. سری وصل شدن این فنرها به این معنی است که به شکل متوالی و به دنبال یکدیگر قرار می‌گیرند. در صورتی که بیشتر از دو فنر به شکل سری به یکدیگر متصل شوند، ثابت فنر به صورت زیر خواهد بود: ( تو گوگل سرچ کنید)
سخن پایانی
در این مطلب سعی بر این بود شما را با ثابت فنر آشنا کنیم. این ثابت به مقاومت فنر در مقابل تغییر شکل، کشیدن و یا فشرده شدن گفته می‌شود. جنس ماده‌ای که برای فنرسازی استفاده می‌شود، میزان سیم پیچ‌های فعال و طول آزاد فنر بدون هیچ اتصال خارجی به آن از مهم‌ترین عواملی به شمار می‌روند که بر میزان این ثابت اثر می گذارند. بر اساس قانون هوک این ثابت با فرمول زیر به دست می‌آید:
F = kx
بر اساس این رابطه، نیرو و جابه‌جایی فنر از حالت تعادل با یکدیگر رابطه خطی دارند. به این نکته مهم دقت کنید که این رابطه خطی تنها تا زمانی برقرار خواهد بود که فنر پس از کشیده و یا فشرده شدن بتواند با طول طبیعی خود مجددا بازگردد.
آخرین دیدگاه‌ها