fjäderkraften

Fjäderkraften är den återställande kraft som uppstår när en fjäder deformeras. Enligt Hookes lag är den F = −k x, där k är fjäderns konstant och x förskjutningen från jämviktsläget. Den negativa teckningen anger att kraften riktas mot jämvikten; ju större avvikelse, desto starkare återställande kraft.

Fjäderkraften är i första hand linjär för små deformationer, vilket innebär att kraften är proportionell mot förskjutningen. Enheten för kraft är newton; förskjutningen mäts i meter och fjäderkonstanten i N/m. En större k gör fjädern styvare, medan en mindre k gör den mjukare.

Energi och rörelse: den potentiella energin i en ideal fjäder vid förskjutningen x är U = 1/2 k x^2. Om fjädern ingår i ett system följer rörelsen en andragradsekvation; för en fri, damptfri fjäder är m x'' = −k x, vilket ger harmonisk rörelse. I verkligheten tillkommer dämpning och externa krafter.

Användningar: fjäderkraften används i klockor, vågar, stötdämpare i bilar, fjädrar i sängar och madrasser, mekaniska verktyg, leksaker och experimentella uppställningar i fysikundervisning. Den studeras inom mekanik, vibrationslära och förståelse av elasticitet.

Historisk bakgrund: Hooke formulerade lagen på 1600-talet medan han studerade deformation av material. Lagen beskriver linjär elasticitet i många material för små deformationer; vid större avvikelser blir beteendet ofta icke-linjärt.