Aký je princíp fungovania pružiny?

Pružinový stroj

Pracovný princíp pružín

Pružina je bežnou mechanickou súčasťou a jej pracovný princíp je založený na dvoch základných konceptoch: elasticita a rovnováha síl. Jeho mechanizmus môžeme pochopiť veľmi jednoduchým spôsobom.

1. Elastická deformácia a sila obnovy

Deformácia vytvára silu: Najdôležitejšou charakteristikou pružiny je jej elasticita. To znamená, že keď sa vonkajšia sila pokúsi natiahnuť alebo stlačiť pružinu, zmení sa tvar pružiny (t.j. dôjde k deformácii).
Vrodená „neochota“: Táto deformácia nie je trvalá. Materiál pružiny vytvára silu, ktorá odoláva deformácii, ktorú nazývame vratná sila alebo elastická sila. Smer tejto sily je vždy opačný ako smer vonkajšej sily spôsobujúcej deformáciu.
Návrat do pôvodného stavu: Pokiaľ vonkajšia sila neprekročí určitú hranicu (ktorú nazývame medza pružnosti), po odstránení vonkajšej sily táto vratná sila ťahá alebo tlačí pružinu späť do pôvodného, ​​nenapätého tvaru.

2. Vzťah medzi deformáciou a silou (Jednoduché vysvetlenie Hookovho zákona)

"Čím dlhšie ťaháte, tým pevnejšie sa ťahá späť": Vratná sila pružiny je priamo úmerná stupňu jej deformácie (vzdialenosť, na ktorú je natiahnutá alebo stlačená).
Malá sila, malý odpor: Ak na pružinu pôsobíte len malou silou, jej deformácia je malá a výsledná vratná sila je tiež malá.
Veľká sila, veľký odpor: Ak použijete väčšiu silu, natiahnete alebo stlačíte pružinu ďalej, vnútorná vratná sila bude väčšia a pokúsi sa vás odtlačiť alebo stiahnuť späť.

3. Ukladanie a uvoľňovanie energie

Ukladanie energie: Proces pôsobenia vonkajšej sily na pružinu a spôsobenie jej deformácie je vlastne ukladanie mechanickej energie vo forme elastickej potenciálnej energie v pružine. Môžete si to predstaviť ako navíjanie hodinového strojčeka.
Uvoľnenie energie: Keď sa uvoľní stlačená alebo natiahnutá pružina, elastická potenciálna energia, ktorú uložila, sa premení na kinetickú energiu, čím sa vykoná práca. Toto je napríklad princíp, na ktorom sú postavené hračkárske pištole, ktoré strieľajú guľky alebo tlmiče nárazov do áut, ktoré tlmia nárazy.

4. Súhrn základných funkcií

Tlmenie a tlmenie nárazov: Pružiny môžu absorbovať energiu z nárazov a vibrácií a postupne ju uvoľňovať v priebehu času, čím chránia štruktúru (napríklad systém tlmenia nárazov v aute). Meranie a polohovanie: Vo váhe možno na meranie hmotnosti použiť deformáciu pružiny; v mnohých mechanických zariadeniach sa používa na vrátenie dielov do ich počiatočnej polohy po dokončení práce (ako sú tlačidlá a spínače).
Poskytovanie konštantného tlaku: Pružiny možno použiť na zabezpečenie nepretržitého, stabilného tlaku alebo zvieracej sily medzi dvoma predmetmi (ako sú kolíčky na prádlo alebo perá).