Серия 3 ·
Почему пружина возвращается? Закон Гука
Ёжик Пеко спрашивает, а Нора объясняет: деформация, сила упругости и закон Гука — просто и наглядно.
🔬 Друг дня: Нора
Урок
Пеко растянул металлическую пружину, отпустил, и она отскочила прямо ему в кепку. «Ай! Нора, почему она возвращается?» Нора улыбнулась и предложила разобраться вместе.
Сначала новое слово. Когда тело меняет форму, это называется деформацией. Сомни пластилин, и он останется смятым: это пластическая деформация. Растяни пружину, и она вернёт свою форму: это упругая деформация.
Что же тянет пружину обратно? Сила упругости. Она всегда действует против растяжения. Тянешь пружину вправо, а сила упругости направлена влево.
Чем дальше растягиваешь пружину, тем больше эта сила. Растянешь вдвое, и сила станет вдвое больше. Это правило называется законом Гука, и записывается оно так: F = −kx.
У каждой буквы своя работа. F — это сила упругости. x — удлинение, то есть на сколько растянулась пружина. k — жёсткость: чем она больше, тем труднее растянуть пружину. А минус показывает, что сила идёт в другую сторону, не туда, куда тянем.
Потом они проверили это на опыте. Нора подвесила на пружину груз в 1 килограмм. Груз тянул вниз, пружина вверх, и когда силы сравнялись, груз остановился. Пружина растянулась почти на 5 сантиметров.
Пеко решил, что от 2 килограммов она станет в четыре раза длиннее. Но удлинение выросло только вдвое, почти до 10 сантиметров. А пружина вдвое жёстче растянулась бы вдвое меньше.
Но у всего есть предел. Если растянуть пружину слишком сильно, она не вернётся, совсем как пластилин. Та же физика работает в батутах и пружинных весах. Как говорит Пеко: чем сильнее тянем, тем сильнее она тянет назад!
💛 Чему мы учимся
Чем сильнее растягиваешь пружину, тем сильнее она тянет назад.
💬 Обсудите вместе
- Чем отличается то, как меняют форму пластилин и пружина?
- Если тянуть пружину вправо, куда направлена сила упругости?
- Что происходит с силой, если растянуть пружину вдвое дальше?
- Где дома или на детской площадке можно найти пружину?
🔬 А вы знали?
Роберт Гук впервые опубликовал свою идею в 1676 году в виде зашифрованного набора букв, чтобы никто не присвоил её себе. Через два года он раскрыл разгадку: латинскую фразу, которая значит «каково удлинение, такова и сила».
✏️ Попробуйте дома
Попросите взрослого дать резинку, маленький пакет, несколько монет и линейку. Подвесьте пакет на резинку и измерьте её длину. Добавьте столько же монет и измерьте снова. Удлинение выросло вдвое? Не растягивайте резинку слишком туго.
Что звучит в мультфильме
Ай! Нора, почему она возвращается?
Хороший вопрос, Пеко! Давай разберёмся.
Когда тело меняет форму, это деформация.
А пластилин тоже деформируется?
Да, но он остаётся смятым: деформация пластическая.
А пружина возвращает форму. Это упругая деформация.
Но что тянет её обратно?
Сила упругости. Она действует против растяжения.
Тянем вправо — сила упругости направлена влево.
А если растянуть сильнее?
Растянешь вдвое — сила тоже вдвое больше.
Это закон Гука: эф равно минус ка икс.
А что такое икс?
Удлинение: на сколько растянулась пружина.
А ка?
Жёсткость. Чем она больше, тем труднее растянуть.
А зачем там минус?
Сила идёт в другую сторону, не туда, куда тянем.
Давай проверим!
Подвесим груз на пружину.
Груз тянет вниз, пружина — вверх.
Силы сравнялись, и груз остановился.
Удлинение — почти пять сантиметров.
Два килограмма… значит, в четыре раза длиннее?
Давай посмотрим!
Только в два раза! Почти десять сантиметров.
Возьмём пружину вдвое жёстче — растянется вдвое меньше.
Но растянешь слишком сильно — пружина не вернётся.
Как пластилин!
Так работают батут и пружинные весы.
Понял! Чем сильнее тянем, тем сильнее она тянет назад!
А если соединить две пружины? Узнаем в следующий раз!
