劲度系数

劲度系数概述

 

·劲度系数的定义

    它描述单位形变量时所产生弹力的大小,k值大,说明形变单位长时需要的力大,或者说弹簧“硬”。劲度系数又称刚度系数或者倔强系数。劲度系数在数值上等于弹簧伸长(或缩短)单位长度时的弹力。
劲度系数图示
劲度系数图示
 

·劲度系数的公式

  胡克定律
  F(弹力)=k(劲度系数)X(弹簧形变量)

·劲度系数的单位

  牛/米(N/m)

劲度系数参数及问题

 

·影响劲度系数的原因

  在弹性限度内,弹簧的弹力可由F=kX,x为弹簧的伸长的长度;k为劲度系数,表示弹簧的一种属性,它的数值与弹簧的材料,弹簧丝的粗细,弹簧圈的直径,单位长度的匝数及弹簧的原长有关。在其他条件一定时弹簧越长,单位长度的匝数越多,k值越小。
  k还与温度有关,其他条件一定时,温度越低k越大.

·劲度系数的常见计算错误

  1、 将一个劲度系数为K的弹簧一截为二,则一半长的弹簧的劲度系数为多少,是原劲度系数的两倍吗?
  2、 将两根劲度系数分别为K1和K2的弹簧两端固定,在两弹簧中间连接一个质量为m的物体,合成后的弹簧的劲度系数为多少,等于K1和K2的和吗?
  3、 将两根劲度系数分别为K1和K2的弹簧直接相连,一端固定,一端连接质量为m的物体,合成后的弹簧的劲度系数为多少,等于K1*K2/(K1+K2)吗?
  4、 把一根弹簧在其一半处折叠成一根双股弹簧,则其弹簧的劲度系数为多少,等于原来的两倍吗?
  解答
   第1题:原弹簧可以看作两个“半弹簧”串接,设劲度系数为k1=k2,当原弹簧受力变形时,每个“半弹簧”变形量为x,则整个弹簧变形为2x。则有
  F=K*(2x)=k1*x=k2*x,k1=k2=2K
  每个弹簧劲度系数都是2K。注意这样串联的两个“半弹簧”受力大小是一致的。推广而言我们可以求更一般的情况——弹簧不是对半开,而是一定的比例,变形量比例与原长比例一致。
  第2题:两个弹簧变形量x一致,只不过一个为拉伸则另一个为压缩,但产生的力是方向一致,按照力等效的观点,则K1*x+K2*x=K*x,所以K=K1+K2。
  第3题:原理同第1题,正属于我所说的推广情况。K*(x1+x2)=K1*x1=K2*x2=F,故F/K=(F/K1+F/K2),即K=K1*K2/(K1+K2)。
  第4题:变形一致,总的力=两个分力之和。故K*x=K1*x+K2*x,K=K1+k2;由第1题可知K1=K2是原弹簧的2倍,到此题K就是原弹簧的4倍。