ค่าคงที่ของสปริง vs ค่าความแข็ง
ค่าคงที่สปริงและค่าความแข็งเป็นปริมาณที่สำคัญมากสองค่าในการศึกษาด้านความยืดหยุ่น ปริมาณเหล่านี้มีบทบาทสำคัญในการคำนวณเกือบทั้งหมดในด้านนี้ ในบทความนี้ เราจะพูดถึงว่าค่าคงที่สปริงและค่าความแข็งของสปริงคืออะไร คำจำกัดความ การใช้ปัจจัยด้านความแข็งและค่าคงที่ของสปริง ความคล้ายคลึง และความแตกต่างระหว่างค่าความแข็งและค่าคงที่ของสปริงในที่สุด
ค่าคงที่สปริง
ความยืดหยุ่นเป็นคุณสมบัติที่มีประโยชน์มากของสสาร เป็นความสามารถของวัสดุที่จะกลับคืนสู่รูปร่างเดิมหลังจากกำจัดแรงภายนอกสังเกตได้ว่าแรงที่ต้องใช้ในการรักษาสปริงยางยืดที่ยืดออกนั้นแปรผันตามความยาวที่ยืดออกของสปริง ค่าคงที่ตามสัดส่วนเรียกว่าค่าคงที่สปริงและแสดงโดยใช้ k จะได้สมการ F=-kx เครื่องหมายลบหมายถึงทิศทางย้อนกลับของ x กับแรง ค่าคงที่สปริงถูกกำหนดให้เป็นแรงที่จำเป็นสำหรับการยืดสปริงตามความยาวหน่วย หน่วยของค่าคงที่สปริงคือนิวตันต่อเมตร ค่าคงที่สปริงเป็นคุณสมบัติของวัตถุ พลังงานศักย์ยืดหยุ่นของระบบคือปริมาณงานที่ต้องใช้ในการยืดวัตถุยืดหยุ่นตามความยาวที่กำหนด x เนื่องจากแรงที่ใช้ F(x)=kx งานที่ทำจึงเท่ากับการรวม F(x) จากศูนย์ถึง x เทียบกับ dx ที่เท่ากับ kx2/2 ดังนั้นพลังงานศักย์คือ kx2/2 ต้องสังเกตว่าพลังงานศักย์ของวัตถุใดๆ ที่ติดอยู่กับปลายแท่งไม่ได้ขึ้นอยู่กับมวลของวัตถุแต่ขึ้นกับค่าคงที่สปริงและความยาวที่ยืดออกเท่านั้น
Stiffness Factor (โมดูลัสของน้อง)
โมดูลัสของ Young เป็นคุณสมบัติที่สำคัญมากของสสาร และใช้เพื่อกำหนดลักษณะความแข็งของวัสดุ โมดูลัสของ Young คืออัตราส่วนของแรงกดบนวัตถุ (ความเค้น) ต่อความเครียดของวัตถุ เนื่องจากความเครียดไม่มีมิติ หน่วยของโมดูลัสของ Young จึงเท่ากับหน่วยของความดัน ซึ่งก็คือนิวตันต่อตารางเมตร สำหรับวัสดุบางชนิด โมดูลัสของ Young จะคงที่ตลอดช่วงของความเครียด วัสดุเหล่านี้เป็นไปตามกฎของฮุกและกล่าวกันว่าเป็นวัสดุเชิงเส้น วัสดุที่ไม่มีโมดูลัสของ Young คงที่เรียกว่าวัสดุที่ไม่เป็นเชิงเส้น ต้องเข้าใจอย่างชัดเจนว่าโมดูลัสของ Young เป็นคุณสมบัติของวัสดุ ไม่ใช่วัตถุ วัตถุต่างๆ ที่สร้างโดยใช้วัสดุชนิดเดียวกันจะมีโมดูลัสของ Young เหมือนกัน โมดูลัสของ Young ได้รับการตั้งชื่อตามนักฟิสิกส์ Thomas Young โมดูลัสของ Young สามารถกำหนดเป็นแรงดันที่ต้องการให้มีหน่วยความเครียดบนวัสดุได้แม้ว่าหน่วยของโมดูลัสของ Young จะเป็น Pascal แต่ก็ไม่ได้ใช้กันอย่างแพร่หลาย หน่วยขนาดใหญ่เช่น Mega Pascal หรือ Gigapascal เป็นหน่วยที่มีประโยชน์
ค่าคงที่สปริงและค่าความแข็งต่างกันอย่างไร
• ค่าคงที่สปริงเป็นคุณสมบัติของวัตถุ ปัจจัยความแข็งเป็นคุณสมบัติของวัสดุ
• วัตถุเดียวกันที่ทำจากวัสดุต่างกันจะมีค่าคงที่สปริงต่างกัน