Пружина и упругость
Это понятие впервые встречается на программе «Проектная инженерная база» — примерно 9-10 лет (3-4 класс).
Деталь, которая после сжатия или растяжения сама возвращается и толкает обратно. Чем сильнее сжал — тем сильнее ответный толчок.
Батут: чем глубже продавишь сетку, тем сильнее она подбросит.
Сжимать пружину от ручки на разную глубину и запускать колпачок; показать: сильнее сжал — дальше полетел.
Упругость — свойство тела восстанавливать форму после сжатия, растяжения или изгиба. Закон Гука: сила упругости пропорциональна деформации, F = k·x, где k — жёсткость пружины. Работает до предела упругости: перетянутая пружина остаётся деформированной. На упругости устроен безмен: по растяжению пружины он показывает силу.
Подвешивать к пружине грузы 100, 200 и 300 г, измерять линейкой удлинение и построить график; убедиться, что точки ложатся на прямую.
Сила упругости F = −k·x (закон Гука): направлена против смещения, k измеряется в Н/м. Запасённая энергия E = k·x²/2. Выше предела упругости идёт пластическая деформация — форма не восстанавливается. Груз на пружине колеблется с собственной частотой, зависящей от k и массы: на этом стоят амортизаторы и виброзащита; на упругости работают динамометры и контакты кнопок.
Определить жёсткость пружины: подвесить груз 200 г (сила ≈2 Н), измерить удлинение, вычислить k = F/x; предсказать удлинение для 400 г и проверить.
Частое заблуждение
«Пружину можно растягивать сколько угодно — она всегда вернётся». Нет: у упругости есть предел; перетянутая пружина остаётся вытянутой навсегда.