弹簧串联、并联使用,总劲度系数与单个弹簧的劲度系数有何关系

弹簧串联、并联使用,其总劲度系数与单个弹簧的劲度系数有何关系。

实验表明,弹簧发生弹性形变时,弹力的大小F跟弹簧伸长(或宿短)的长度x成正比,即F=kx,式中的k称为弹簧的劲度系数,单位是牛顿每米。这个规律是英国科学家胡克发现的,叫做胡克定律。

弹簧串联、并联使用,总劲度系数与单个弹簧的劲度系数有何关系

今天,我们来讨论一下,如果把弹簧串联或者是并联起来一起使用,这个串联或者并联的整体的劲度系数,和单个弹簧的劲度系数之间有什么样的关系。为了简单起见,我们假设把完全相同的弹簧串联或并联。

弹簧串联、并联使用,总劲度系数与单个弹簧的劲度系数有何关系

设将两个劲度系数均为k的弹簧,串联起来作为一个整体使用,这个整体的劲度系数是多少呢?因为F=kx,如果我们还是使用同样大小的力F去拉这个弹簧,这个整体将会伸长2x,那么这个串联起来的弹簧整体,其劲度系数为1/2倍k ,就是说串联起来使用的弹簧的劲度系数变小了。

设将两个劲度系数均为k的弹簧,并联起来作为一个整体使用,这个整体的劲度系数是多少呢?同样的道理,如果我们还是使用同样大小的力F去拉这个弹簧,两个弹簧分别分担了F的一半,这个整体只能伸长1/2倍x, 那么,这个并联起来的弹簧整体,其劲度系数为2k ,就是说并联起来使用的弹簧的劲度系数变为了原来的2倍,比单个弹簧的劲度系数大了。

弹簧串联、并联使用,总劲度系数与单个弹簧的劲度系数有何关系

其实,上面我们把问题简单化了,但是,得到的结论是没有问题的,即:弹簧串联起来使用,总劲度系数变小,弹簧并联起来使用,总劲度系数变大。有兴趣的同学,可以推导一下,弹簧串联后的劲度系数的倒数,等于每个弹簧劲度系数倒数之和;弹簧并联后的劲度系数,等于每个弹簧的劲度系数之和。

细心的同学应该发现了,这个结论像极了电阻的串并联,不过是反着来的。串联电路的总电阻等于各部分电阻之和,而弹簧并联时,总劲度系数等于各弹簧劲度系数之和;并联电路的总电阻的倒数等于各部分电阻倒数之和,而弹簧却是在串联时,其总的劲度系数的倒数等于各弹簧劲度系数的倒数之和。

弹簧串联、并联使用,总劲度系数与单个弹簧的劲度系数有何关系

生活中说的弹簧的“软”和“硬”,指的就是弹簧的劲度系数不同,劲度系数小称为“软”弹簧,就是稍微一用力就可以拉很长的弹簧,反之称为“硬”弹簧,那种拉不动的弹簧。弹簧越串越“软”,越并越“硬”。更多高中物理学习方面的文章,请关注进入主页查看。

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