透過繪製載荷與伸長量之間的影像，找出螺旋彈簧的彈性係數

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彈簧或螺旋彈簧的影像表示了伸長量與載荷的關係。該影像必須表明彈簧的伸長量完全取決於所施加的載荷。此影像也稱為伸長量-載荷影像。透過此實驗將觀察到一些事項，首先需要一個完美的實驗室設定，然後是實驗資料集和解釋這些伸長量載荷影像的過程。

目的

該實驗旨在透過簡單地在載荷和伸長量之間繪製圖像來求出螺旋彈簧的彈性係數或彈簧常數 (Chattopadhyay, 2021)。本實驗中使用的螺旋彈簧是一種線圈纏繞的彈簧。這類似於螺紋，在機械實驗領域很常見。

圖 1：彈簧的伸長量

所需材料

此實驗需要一些重要的材料，如果缺少其中之一，整個過程將被取消。一個堅硬的支撐物、一個螺旋彈簧、一個 50 克或 20 克的掛鉤、六個 20 克或 50 克的開槽砝碼、一個鉤子、一個尖銳的指標，以及最重要的是一個垂直的木製刻度尺。

理論

在將載荷（假設為 F）懸掛在從堅硬支撐物懸掛的螺旋彈簧的下端和自由端時，其自身的長度會增加大約 I 的量，則 F∝ I 或 F=KI，其中 K 表示比例常數 (Chattopadhyay, 2021)。它被稱為螺旋彈簧的彈性係數或彈簧常數。

在上式中，很明顯，如果 I=1，則 F=K。

因此，彈簧或螺旋彈簧的彈性係數或彈簧常數可以定義為產生彈簧單位伸長量所需的力。

過程

對於此實驗，需要遵循一些強制性步驟。

• 彈簧必須懸掛在堅硬的支撐物上，並應連線一個指標。然後必須從下端自由端連線一個鉤子 (golabz, 2022)。
• 應將 50 克的掛鉤懸掛在鉤子上。
• 一個完美的木製刻度尺是必不可少的，指標的尖端位於刻度尺的分度線上，但不接觸刻度尺。
• 應記錄刻度尺上的讀數，並應在載荷列中針對零載荷記錄下來。
• 需要在掛鉤上新增適當的 50 克或 20 克開槽砝碼的載荷。指標的尖端將向下移動。
• 在此，該過程需要一些時間，直到指標靜止。然後，再次重複第四步，並應記錄刻度尺的讀數。
• 接下來兩步也應分別重複，直到添加了六個槽。
• 在下一步中，必須取下一個開槽砝碼。指標將再次向上移動，需要重複第六步。
• 9.需要重複第八步，直到只剩下掛鉤。
• 10.最後，將所有觀察結果記錄在下表中。

觀察

遊標卡尺的最小刻度值為 0.1 釐米。

編號	載荷	指標尖端位置的讀數			伸長量
	掛鉤 (W)=施加的力	載入 (x 釐米)	解除安裝 (y 釐米)	平均值 z= [(x+y)/2]	(I 釐米)
	0
	50
	100
	150
	200
	250
	300

表 1：伸長量和載荷計算表

影像

圖 2：力與伸長量之間的影像

應在 F（即力）和 I（即伸長量）之間繪製圖像，其中 F 沿 x 軸，I 沿 y 軸 (ncert, 2022)。如上圖 2 所示，此影像將是一條直線。

從該影像可以看出，F 從 B 到 C 的任何變化都會導致 I 從 B 到 D 的變化。簡單來說，250 克的重量會產生 2.5 釐米的伸長量 (learncbse, 2022)。

根據此資料，可以計算彈性係數或彈簧常數。

因為 K= (F/I)= (BC/AC)

因此，K= (250/2.5) = 100 克重/釐米

結果

螺旋彈簧的彈性係數或彈簧常數為 100 克重/釐米。應該記住，這個彈簧，即量程為 1 公斤的彈簧秤，其刻度尺長度為 10 釐米。

結論

整個實驗的目的是為了找出螺旋彈簧長度的伸長量如何取決於所施加的載荷。上面提到的影像完美地指示了結果。影像形成一條直線，直到某一點。這意味著長度的伸長量隨著載荷的增加而均勻增加。然後，在施載入荷達到一定限度後，影像開始彎曲。伸長量和載荷不再以相等的步長增加。

常見問題

Q1. 什麼是螺旋彈簧？

螺旋彈簧是最常用的機械彈簧，具有纏繞的線圈。它類似於螺紋。它用於拉、推或承載載荷。

Q2. 實驗結果是什麼？

給定彈簧的彈性係數為 100 克重/釐米。

Q3. 什麼是伸長量-載荷影像？

彈簧的伸長量-載荷影像是一個表示其伸長量與載荷之間關係的影像。繪製此影像是為了觀察彈簧的伸長量如何取決於所施加的載荷。它也稱為載荷-伸長量影像。