Каков принцип работы пружины?

Пружинная машина

Принцип работы пружин

Пружина является распространенным механическим компонентом, и ее принцип работы основан на двух основных концепциях: упругости и балансе сил. Мы можем понять его механизм очень просто.

1. Упругая деформация и восстанавливающая сила.

Деформация создает силу. Наиболее важной характеристикой пружины является ее эластичность. Это означает, что когда внешняя сила пытается растянуть или сжать ее, форма пружины меняется (т. е. происходит деформация).
Присущее «сопротивление»: эта деформация не является постоянной. Материал пружины создает силу, противодействующую деформации, которую мы называем восстанавливающей силой или силой упругости. Направление этой силы всегда противоположно направлению внешней силы, вызывающей деформацию.
Возвращение в исходное состояние: до тех пор, пока внешняя сила не превысит определенный предел (который мы называем пределом упругости), как только внешняя сила будет устранена, эта восстанавливающая сила будет тянуть или толкать пружину обратно в ее первоначальную, ненапряженную форму.

2. Связь между деформацией и силой (простое объяснение закона Гука)

«Чем дольше тянешь, тем сильнее она оттягивается»: восстанавливающая сила пружины прямо пропорциональна степени ее деформации (расстоянию, на которое она растягивается или сжимается).
Небольшая сила, небольшое сопротивление: если к пружине приложить лишь небольшую силу, ее деформация будет небольшой, и результирующая возвращающая сила также будет небольшой.
Большая сила, большое сопротивление: если вы прикладываете большую силу, растягивая или сжимая пружину дальше, восстанавливающая сила, создаваемая внутри, будет больше, пытаясь оттолкнуть вас или оттянуться назад.

3. Хранение и высвобождение энергии.

Хранение энергии. Процесс приложения внешней силы к пружине и ее деформации фактически представляет собой сохранение механической энергии в форме упругой потенциальной энергии внутри пружины. Вы можете представить это как запуск часового механизма.
Высвобождение энергии: когда сжатая или растянутая пружина освобождается, накопленная ею упругая потенциальная энергия преобразуется в кинетическую энергию, тем самым совершая работу. Например, по этому принципу основаны игрушечные пистолеты, стреляющие пулями, или автомобильные амортизаторы, поглощающие удары.

4. Краткое описание основных функций

Буферизация и поглощение ударов. Пружины могут поглощать энергию ударов и вибраций и постепенно высвобождать ее с течением времени, защищая конструкцию (например, систему амортизации автомобиля). Измерение и позиционирование. В весах деформацию пружины можно использовать для измерения веса; во многих механических устройствах он используется для возврата деталей в исходное положение после завершения работы (например, в кнопках и переключателях).
Обеспечение постоянного давления: пружины можно использовать для обеспечения постоянного, стабильного давления или силы зажима между двумя объектами (например, прищепками или ручками).