Повторим и вспомним:

  • - что такое сила;
  • - единицы измерения силы;
  • - что такое сила упругости и сила тяжести.

Мы узнаем:

  • - как формируется закон Гука;
  • - что такое жесткость пружины;
  • - каким прибором измеряется сила.

Вы узнали, что такое сила упругости и какие виды деформаций встречаются в природе. Выясним, от чего же зависит сила упругости? Английский физик Роберт Гук, современник Ньютона, в 1660 году впервые установил, как зависит сила упругости от деформации.

Проведём следующий опыт, проиллюстрированный на третьем слайде в проекте Физика. К штативу подвесим пружинку. Длина нерастянутой пружины равна \(l_0\). Если теперь к пружине подвешивать различные грузики, то пружина растянется, и её длина станет равна \(l\). Растяжение пружины равно \(Δl = l - l_0\).

И так, опыт показал, что модуль силы упругости при растяжении (или сжатии) тела прямо пропорционален изменению длины тела. Этот закон называется законом Гука: $$F_{упр} = kΔl,$$

где \(Δl\) – удлинение тела (изменение его длины), \(k\) – коэффициент пропорциональности, который называется жёсткостью тела. Жёсткость тела зависит от формы и размеров, а также от материала, из которого оно изготовлено. Жёсткость в СИ выражается в ньютонах на метр Н/м.

Закон Гука справедлив только для упругой деформации. Если после прекращения действия сил, деформирующих тело, оно возвращается в исходное положение, то такая деформация является упругой. Если, например, пружину растянуть, а затем отпустить, то она снова примет первоначальную форму. Но эту же пружину можно растянуть на столько, что после того, как её отпустят, она так и останется растянутой. Деформации, которые не исчезают после прекращения действия сил, называют пластическими.

В основе работы различных приборов лежат те или иные физические законы. Закон Гука лежит в основе действия прибора для измерения силы – динамометра (от греч. динамис – сила, метрео – измеряю).

Устройство простейшего (пружинного) динамометра основано на сравнении любой силы с силой упругости пружины. Пружинный динамометр представляет собой дощечку, оклеенную белой бумагой, с нанесённой на ней шкалой. К дощечке прикреплена пружина, заканчивающаяся внизу стержнем с крючком. К верхней части стержня крепится указатель.

Простейший динамометр легко изготовить из пружины, укреплённой на дощечке.

Отметьте карандашом положение указателя при нерастянутой пружине. Это будет нулевая отметка шкалы.

Теперь подвесьте к крючку груз. Его масса равна 102 г. То есть на этот груз действует сила тяжести, равная 1 Н. под действием этой силы пружина растягивается, и указатель опускается вниз. Карандашом отметьте новое положение указателя.

Подвесьте к крючку ещё один груз. Их масса составляет теперь 204 г, что соответствует силе в 2 Н. Отметьте новое положение указателя.

Подвесьте к крючку ещё один груз. Их масса составляет теперь 306 г, что соответствует силе в 3 Н. Отметьте новое положение указателя.

Для того чтобы измерить десятые доли ньютона, каждое деление нужно разделить на 10 равных частей. Так можно сделать в соответствии с законом Гука, из которого следует, что сила упругости пружины увеличивается во столько раз, во сколько раз увеличивается её удлинение.

С помощью динамометра можно измерить, например, силу тяжести.

Пружина динамометра растянется, так как на неё действует сила со стороны подвешенного тела. В свою очередь, растянутая пружина действует на тело силой упругости. Указатель пружины придёт в равновесие при условии равенства силы тяжести и силы упругости пружины.