UMERJANJE PROŽNE VZMETI (Hookov zakon, vzmetna tehtnica)
Razlaga
Raztezek x vijačne vzmeti je sorazmeren s silo F
F=kx
(1)
pri čemer sila ne sme prekoračiti največje dovoljene sile, ki je odvisna od vrste
vzmeti. Če torej določimo koeficient vzmeti k (enota N/m), lahko z vzmetjo
merimo sile. Poseben primer je merjenje sile teže, za katero vemo, da je
sorazmerna z maso - na telo z maso 100 g deluje sila teže 1 N (natančneje 0.98 N). Vzmet torej
lahko uporabimo tudi za merjenje mase.
Pri nekaterih vzmeteh sorazmernost med silo in raztezkom ne velja za zelo majhne raztezke. V
tem primeru je najbolje, da je vzmet stalno obremenjena z majhno dodatno utežjo. Pri dodajanju
uteži merimo dodatne raztezke.
Obremenitev
Slika 1: Merjenje raztezka vzmeti
x (mm)
m (g) F (N)
Razbremenitev
m (g) F (N)
1.
2.
3.
4.
5.
6.
x (mm)
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Tabela meritev
Potek dela
S prižemami pritrdite na klop navpičen nosilec in na njegovem vrhu vpnite nastavek za pritrditev
vzmeti. Na nosilcu mora biti merilni trak ali skala za merjenje raztezkov. Vzmet na enem koncu
obesite na nastavek, na drugi konec pa dajte majhno utež (npr. m0 = 10g), ki je med meritvijo
nikoli ne odstranite. Na merilu odčitajte lego spodnjega konca vzmeti (x0) za katerega naj velja,
za katerega naj velja, da pomeni izhodišče za merjenje raztezkov. Sledi umerjanje prožne vzmeti
tako, da nanjo obešamo uteži z različnimi masami in merimo raztezek x relativno glede na x0.
Sestavite tabelo: | m[g] | F[N]| x [cm] | v katero vpišete raztezke pri najmanj šestih različnih
utežeh ali njihovih kombinacijah, silo pa izračunate na osnovi podatka, da je sila teže enaka 1 N
pri masi 100 g. Podatke o sili in raztezku vnesite na graf (uporabite milimetrski papir), pri
katerem naj bo sila na ordinati in raztezek na abscisi. Skozi točke na grafu z ravnilom narišite
najbolje prilegajočo premico. Izberite točko na premici, ki naj bo čim dlje od koordinatnega
izhodišča, in odčitajte s' in F'. Izračunajte koeficient vzmeti k =F'/s'. Izrazite njegovo vrednost v
enoti N/m.
Na vzmet obesite telo z neznano maso in odčitajte raztezek. Uporabite koeficient vzmeti za
določitev sile teže in mase.
Ponovite celoten postopek z drugo vzmetjo, ki bo imela različen koeficient prožnosti vzmeti!
Poročilo o vaji
Meritve
1. Izmeri raztezek vzmeti pri najmanj šestih različnih masah obtežitve. (Če ti čas dopušča,
izmeri raztezek tudi pri razbremenitvi vzmeti. Ali prihaja do razlik?)
2. Izmeri raztezek vzmeti pri obtežitvi s telesom neznane mase.
Graf: Nariši graf sile v odvisnosti od raztezka.
Izračunaj
1. Izračunaj koeficient vzmeti na osnovi grafa.
2. Izračunaj neznano maso izbranega telesa (npr. obesek z več ključi). Izračun primerjaj s
podatki na grafu.
Literatura
1. R. Kladnik: Fizika 1, Deformacija trdnin, str. 142 - 150.
2. M. Hribar s sodelavci: Mehanika in toplota, Mehanične lastnosti snovi, str. 66 - 76.