Роберт Гук открыл свой закон в 1660 году — просто вешал грузы на пружину и мерил, насколько она растягивается. Никакого сложного оборудования, никаких компьютеров. Линейка и грузы. Именно этим ты занимаешься на лабораторной работе по изучению зависимости растяжения пружины от нагрузки — повторяешь эксперимент, которому уже 360 лет.
И при этом — он до сих пор актуален. Закон Гука используют в строительстве, машиностроении, медицине (пружины в хирургических инструментах). Не плохо для школьной лабы.
Что за зависимость и как она выглядит
Суть простая: чем больше сила, которую ты прикладываешь к пружине — тем больше она растягивается. И эта зависимость прямо пропорциональная. В два раза больше сила — в два раза больше растяжение.
Формула: F = k · Δl
Где F — сила упругости (в ньютонах), Δl — удлинение пружины (разница между длиной с грузом и без груза), k — жёсткость пружины (в Н/м). Именно k ты и определяешь в лабораторной работе.
Важная деталь: это работает только при «небольших деформациях». Если растянешь пружину слишком сильно — она потеряет форму и закон Гука перестанет работать. У каждой пружины есть предел упругости.
Как устроена установка
Штатив с лапкой. К лапке крепишь пружину. Рядом — линейка. Записываешь длину пружины без груза (l₀). Потом вешаешь один груз — записываешь длину (l₁). Удлинение: Δl₁ = l₁ − l₀. Добавляешь второй груз — записываешь l₂. И так три раза.
Сила каждого груза: F = m · g, где g = 9,8 Н/кг. Груз 100 г (0,1 кг) создаёт силу примерно 1 Н.
Дальше строишь график: по горизонтали — удлинение Δl, по вертикали — сила F. Если точки лягут на прямую — закон Гука подтверждён. Если прямая — наклон этой прямой и есть жёсткость k.
Если нужно оформить лабораторную с таблицей, расчётами и выводом — Openmaker генерирует физические лабораторные под стандарт любого учебника. Удобно, когда времени мало.
График — это не просто формальность
Честно скажу: я раньше не понимал, зачем строить график, если уже есть формула. Оказалось — график нужен именно потому, что жёсткость k разная для разных пружин. Формула без k бесполезна.
По графику жёсткость определяется как тангенс угла наклона прямой: k = F/Δl. Чем круче наклон — тем жёстче пружина. Мягкая пружина даёт пологую прямую (большое удлинение при маленькой силе). Жёсткая — крутую (маленькое удлинение при большой силе).
В автомобильных подвесках, кстати, используют пружины с разной жёсткостью для разных типов дорог. Это прикладной закон Гука.
Источники погрешности — и их стоит написать в выводе
Три главных источника ошибок в этой работе: погрешность линейки (обычно ±0,5 мм), неточность при считывании длины (параллакс — смотришь чуть сбоку и видишь другое значение), неравномерность самой пружины (если она немного кривовата).
Поэтому считают несколько раз и берут среднее. Это стандартная практика в любом физическом эксперименте — не только в школьной лаборатории.
Лабораторная работа по изучению зависимости растяжения пружины от нагрузки — пожалуй, одна из самых чистых школьных лаб. Простая установка, чёткий результат, красивый график. И за ней стоит закон, который работает повсюду вокруг — от дверных пружин до сейсмографов.
У тебя получился нормальный линейный график или точки разбежались? Вот второй вариант — куда познавательнее, если разбираться в причинах.