اصل کار فنر چیست؟

دستگاه فنر

اصل کار فنرها

فنر یک جزء مکانیکی رایج است و اصل کار آن بر دو مفهوم اصلی است: کشش و تعادل نیروها. ما می توانیم مکانیسم آن را به روشی بسیار ساده درک کنیم.

1. تغییر شکل الاستیک و نیروی بازگرداننده

تغییر شکل نیرو ایجاد می کند: مهمترین ویژگی فنر خاصیت ارتجاعی آن است. این بدان معنی است که هنگامی که یک نیروی خارجی سعی می کند آن را کشیده یا فشرده کند، شکل فنر تغییر می کند (یعنی تغییر شکل رخ می دهد).
«اکراه» ذاتی: این تغییر شکل دائمی نیست. ماده فنر نیرویی ایجاد می کند که در برابر تغییر شکل مقاومت می کند که آن را نیروی بازگردان یا نیروی کشسانی می نامیم. جهت این نیرو همیشه مخالف جهت نیروی خارجی است که باعث تغییر شکل می شود.
بازگشت به حالت اولیه: تا زمانی که نیروی خارجی از حد معینی (که آن را حد الاستیک می نامیم) تجاوز نکند، پس از حذف نیروی خارجی، این نیروی بازگردان فنر را به شکل اولیه و بدون تنش خود می کشد یا فشار می دهد.

2. رابطه بین تغییر شکل و نیرو (توضیح ساده قانون هوک)

«هر چه بیشتر می کشی، محکم تر می کشد»: نیروی بازیابی فنر با درجه تغییر شکل آن (مسافتی که کشیده یا فشرده می شود) نسبت مستقیم دارد.
نیروی کوچک، مقاومت کم: اگر فقط نیروی کمی به فنر وارد کنید، تغییر شکل آن کم است و نیروی بازیابی حاصل نیز کم است.
نیروی بزرگ، مقاومت زیاد: اگر نیروی بزرگتری اعمال کنید، فنر را بیشتر بکشید یا فشرده کنید، نیروی بازگردانی که در داخل ایجاد می‌شود بیشتر خواهد بود و سعی می‌کند شما را دور کند یا خود را به عقب بکشد.

3. ذخیره و رهاسازی انرژی

ذخیره انرژی: فرآیند اعمال نیروی خارجی به فنر و تغییر شکل آن در واقع ذخیره انرژی مکانیکی به شکل انرژی پتانسیل الاستیک در داخل فنر است. شما می توانید آن را به عنوان پیچیدن یک مکانیسم ساعتی تصور کنید.
انرژی آزاد کردن: هنگامی که یک فنر فشرده یا کشیده آزاد می شود، انرژی پتانسیل کشسانی که ذخیره کرده است به انرژی جنبشی تبدیل می شود و در نتیجه کار انجام می شود. برای مثال، این اصل پشت تفنگ‌های اسباب‌بازی است که گلوله شلیک می‌کنند یا ضربه‌گیرهای ماشین که ضربه‌ها را جذب می‌کنند.

4. خلاصه توابع اصلی

بافر و جذب ضربه: فنرها می توانند انرژی حاصل از ضربه ها و ارتعاشات را جذب کرده و به مرور زمان آن را آزاد کنند و از سازه محافظت کنند (مانند سیستم ضربه گیر خودرو). اندازه گیری و موقعیت یابی: در ترازو می توان از تغییر شکل فنر برای اندازه گیری وزن استفاده کرد. در بسیاری از دستگاه های مکانیکی برای بازگرداندن قطعات به موقعیت اولیه پس از اتمام کار (مانند دکمه ها و کلیدها) استفاده می شود.
تامین فشار ثابت: از فنرها می توان برای ایجاد فشار مداوم و پایدار یا نیروی گیره بین دو جسم (مانند گیره لباس یا خودکار) استفاده کرد.