Studium vlastností pružin

Předmět fyzika mě zajímá už dlouho. Mám zájem dozvědět se o různých důmyslných vynálezech. Dva roky po sobě se věnuji studiu mechanismů přenosu pohybu a v této práci chci prozkoumat vlastnosti pružiny, její původ a použití.

Pružina je jedním z nejpoužívanějších prvků mechanismů, konstrukcí a zařízení. Slouží ke kompenzaci rozměrových nepřesností, opotřebení, odstranění vibrací, jako zásobník energie, pro jednoduché měření tlaku, hmotnosti, síly a zrychlení. Takové aplikace pružin jsou známé u čalouněného nábytku, výtahů, pružinových vah, pružinových kolíků, hodinek a hraček.

Když jsem si s mým bratříčkem hrál s pružinovou hračkou, dostal jsem nápad: „Jak vznikají pružiny, proč se liší v pružnosti a tuhosti?

Proto jsme definovali téma výzkumu:

Téma: Studium vlastností pružin.

Účel studia: Studium vlastností pružiny a tvorba jejího modelu.

Cíle výzkumu:

Naučte se hlavní typy pružin a jejich účel.

Vytvořte modely pružin pro výzkum.

Metody výzkumu:

Teoretické (studium literatury, internetových stránek atd.).

Matematické (výpočet pomocí fyzikálních vzorců)

Předmět studia: Jaro.

Předmět studia: Vlastnosti – tuhost pružiny.

2. Hlavní část.

2 .1 Teorie pružiny

jaro – pružný prvek strojů a různých mechanismů, který akumuluje a uvolňuje nebo pohlcuje mechanickou energii.

Z hlediska klasické fyziky lze pružinu považovat za zařízení, které akumuluje potenciální energii změnou vzdálenosti mezi atomy pružného materiálu.

Pružiny využívali lidé od nepaměti. V první řadě samozřejmě ve zbraních. Starověké luky byly vyrobeny ze dřeva nebo zvířecích rohů. Pevnost a pružnost těchto materiálů byla dostatečná, aby zajistila, že dobře mířený šíp bude smrtelný.

Vinuté pružiny byly vynalezeny na počátku patnáctého století.

S nástupem parních strojů a dopravy se pružiny začaly vyrábět z kovů a jejich slitin tlakem, tedy kováním. Zlepšení strojní výroby si vyžádalo výrobu pružin různých tvarů: vinutých, spirálových i tvarovaných. Velká poptávka po pružinách si vyžádala vytvoření speciálních strojů pro jejich výrobu – navíječky pružin, které se vyznačují vysokou produktivitou při relativně vysoké výrobní přesnosti.

Nyní jsou všechny pružiny sjednoceny a standardizovány. Jsou vyráběny v plném souladu s normami GOST. Tažné a tlačné pružiny jsou velmi podobné. Pouze v některých jsou zatáčky přitisknuty k sobě, zatímco v jiných jsou na dálku.

Typické příklady rozmanitosti využití moderních pružin sahají od malých cívek pro podporu tlačítek na mobilních telefonech citlivých na dotyk až po obrovské cívky, které podpírají celé budovy a chrání je před zemními vibracemi během zemětřesení.

Dnes existují tažné, tlačné, ohybové a zkrutné pružiny. Všechny mají společné to, že využívají elastickou sílu materiálu. Vlivem síly působící z vnějšku změní svůj tvar a poté převezme svůj předchozí tvar, přičemž působí na sousední části.

Výše uvedené informace naznačují, že existuje velké množství různých typů pružin, které se používají jako hlavní prvky různých mechanismů.

Hlavní parametry pružin:

maximální vnímané zatížení

lineární vztah mezi deformací (sednutím) pružiny a zatížením, které na ni působí.

Elastická síla se objeví pouze při deformaci tělesa a zmizí, pokud deformace zmizí.

Robert Hooke stanovil závislost pružné síly na velikosti deformace.

Pokud je deformace malá a elastická, pak je prodloužení pružiny (Δl) přímo úměrné deformační síle: F = k Al

kde k — koeficient úměrnosti se nazývá tuhost pružiny (koeficient pružnosti). To je Hookův zákon.

Tvrdost jako fyzikální veličina charakterizuje sílu, která musí být aplikována na pružinu, aby se dosáhlo určitého stupně roztažení nebo stlačení.

2.2 Vytváření pružin

Cíl: Tvorba tlačných a tažných pružin a studium jejich schopností v akci.

Pro vytvoření tlačné a tažné pružiny jsem shlédl několik videí na internetu, jak vytvořit pružiny. Dále jsem nakoupil materiál a vybavení: dráty z různých slitin a průměrů, překližku, několik kovových trubek různých průměrů a svěrák.

Výroba pružin: Překližku jsem rozřezal na dva kusy. Tyto dva kusy překližky jsem umístil na okraje svěrek svěráku. K výrobě pružin byly použity kovové trubky různých průměrů (7 mm, 14 mm, 22 mm).

Mezi vrstvy překližky byly vloženy různé kovové trubky. Příklad na jedné z fotografií je trubka o průměru 22 mm.

Abych vyrobil pružiny, musel jsem jich vyrobit hodně, protože se mi napoprvé nepodařilo sehnat pružinu s požadovanými parametry.

Vytvoření pružiny se táhne:

Do otvoru trubičky byl vložen drát o průměru 1,2 mm (slitina obsahující měď) a 1 mm (slitina obsahující ocel a hliník) a na tuto kovovou trubku jsem začal drát navíjet. Během procesu kroucení byl drát rovnoběžný se závity. Výsledkem byly dvě pružiny o průměru 1 cm a stejné délce.

Závěr: jedna pružina se natahuje, ale druhá ne. To znamená, že prodloužení pružiny závisí na materiálu drátu.

Vytvoření tlačné pružiny:

Způsob vytvoření tažné pružiny je podobný způsobu vytvoření

tlačné pružiny. Ale drát je navinutý pod úhlem.

Závěr: Při vytváření tlačné pružiny jsme si všimli, že čím větší je průměr pružiny, tím větší je mezera. A takové pružiny jsou stlačeny a nataženy.

2.3 Metody stanovení tvrdosti.

Tuhost (jako vlastnost) je charakteristická pro elastické vlastnosti pružiny.

Za tuhost se považuje schopnost tělesa odolávat vnější síle, schopnost zachovat své geometrické parametry. Čím větší je tuhost pružiny, tím méně mění svou délku vlivem dané síly.

1 metoda stanovení tuhosti: Podle Hookova zákona.

Tento vzorec ukazuje, že tuhost tělesa je číselně rovna poměru pružné síly (která se rovná hmotnosti tělesa, pokud je těleso v klidu) k prodloužení pružiny.

Určíme tuhost dvou pružin pomocí Hookova zákona.