قانون هوك – النوابض
الفيزياءالقوى والديناميكا15–16 سنةمختبر افتراضي
جارٍ التحميل…
سجّل الدخول للتشغيلثلاث شاشات لاستكشاف قانون هوك. في شاشة «مقدمة» تمدّ نابضًا أفقيًا واحدًا أو نابضين مستقلين أو تضغطهما، وتقرأ القوة المؤثرة وثابت النابض والاستطالة مع متجه قوة النابض؛ وفي شاشة «الأنظمة» تصل النوابض على التوالي أو على التوازي لمقارنة ثابت النابض المكافئ؛ وفي شاشة «الطاقة» يُرسم منحنى القوة مقابل الاستطالة، وتمثّل مساحة المثلث طاقة الوضع المرونية ½·k·Δl². يسحب الطلاب طرف النابض مباشرة أو يستخدمون منزلقي القوة وثابت النابض، فتتحدّث القيم لحظيًا. مقتبسة من محاكاة "Hooke's Law" من PhET Interactive Simulations، جامعة كولورادو بولدر (CC BY 4.0)، وأُعيدت كتابتها.
الدرس: تشوه المواد الصلبة، قانون هوك
ماذا تعرض
ينص قانون هوك على أن القوة التي يؤثر بها النابض تتناسب طرديًا مع استطالته أو انضغاطه: F = k·Δl، حيث k ثابت النابض بوحدة N/m، ما دام النابض لم يتجاوز حد المرونة. كلما كبر k كان النابض أكثر صلابة واحتاج إلى قوة أكبر لإحداث الاستطالة نفسها. عند وصل نابضين على التوالي تؤثر القوة نفسها في كل منهما وتُجمع استطالتاهما، فيصغر ثابت النابض المكافئ؛ أما على التوازي فتتوزع القوة بينهما ويُجمع الثابتان. ومنحنى القوة مقابل الاستطالة خط مستقيم يمر بنقطة الأصل، والمساحة تحته تساوي طاقة الوضع المرونية ½·k·Δl².
طريقة الاستخدام
في شاشة «مقدمة» اختر «نابض واحد» أو «نابضان»، ثم غيّر «ثابت النابض k_A» و«القوة F_A» بالمنزلقين أو اسحب طرف النابض مباشرة، وفعّل «الطول الأصلي» و«المسطرة» لقياس الاستطالة. في شاشة «الأنظمة» اختر «على التوالي» أو «على التوازي» وقارن k_eq بثابتي النابضين. في شاشة «الطاقة» غيّر «ثابت النابض k» و«القوة F»، وفعّل «إظهار مساحة الطاقة» ولاحظ كيف تتغير مساحة المثلث مع الاستطالة.
المعاملات القابلة للتغيير
- الشاشة مقدمة, الأنظمة, الطاقة
- عدد النوابض (مقدمة) نابض واحد, نابضان
- طريقة الوصل (الأنظمة) على التوالي, على التوازي
- إظهار القيم على الرسم
أسئلة للاستكشاف
- إذا ضاعفت القوة المؤثرة في النابض نفسه، فماذا يحدث لاستطالته؟
- لماذا يكون ثابت النابض المكافئ لنابضين على التوالي أصغر من ثابت كل منهما؟
- كيف تحسب طاقة الوضع المرونية من منحنى القوة مقابل الاستطالة؟
