การวัดค่าสปริงและพลังงานในสปริง

การวัดค่าสปริง (Spring Rate) หรือ การหาค่าคงที่ของสปริง คือการหาค่าความแข็งหรืออ่อน (k) ซึ่งบอกปริมาณแรงที่ใช้ในการทำให้สปริงยืดหรือหดตัวตามระยะที่กำหนด ตามกฎของฮุก Hooke's Law โดยใช้สูตร F = kx โดยใช้สูตร k=F/s (แรงหารด้วยระยะที่ยุบตัว) หน่วยทั่วไปคือ กก./มม. หรือ นิวตัน/มม. (N/mm) โดยสามารถทำการทดสอบจริงทำได้ด้วยเครื่อง Spring Tester หรือ Universal Testing Machine เพื่อวัดแรง (F) คู่กับระยะยุบ

สูตรคำนวณ คือ k = F/s
โดย k = ค่าคงที่ของสปริง (ความแข็ง) มีหน่วยเป็น กก./มม. , นิวตัน/มม. (N/mm) และ ปอนด์/นิ้ว (Lbs/in)
F คือ แรง มีหน่วยเป็น นิวตัน
s คือ ระยะหดตัวของสปริง ต้องทำให้อยู่ในหน่วย mm โดยค่า
ซึ่ง 1 Kg/mm จะมีค่าเท่ากับ 56 Lbs/in และ 9.86 N/mm 

กฎของฮุค Hooke's Law

กฎของฮุคกล่าวว่า “เมื่อออกแรงภายนอกยืดหรือกดสปริงไปจากจุดสมดุล ภายใต้
ขอบเขตของการยืดหยุ่น สปริงจะมีแรงดึงกลับ (Restoring Force) เพื่อดึงสปริงเข้าสู่จุดสมดุล
เหมือนเดิมซึ่งแรงนี้จะแปรผันเป็นปฏิภาคตรงกับการกระจัดของสปริง จากตำแหน่งสมดุลนั้น”

พลังงานในสปริง

สปริงเก็บพลังงานในรูป พลังงานศักย์ยืดหยุ่น (Elastic Potential Energy) คำนวณได้จาก
Ep = 1/2kx^2

Ep = พลังงานศักย์ (จูล, J)
k = ค่าคงที่สปริง  
x = ระยะยืดหรือหด

ขั้นตอนและวิธีการทดสอบ

1. วางสปริงบนเครื่องทดสอบ
2. กดสปริงลงตามระยะที่ต้องการ (Test Stroke) เช่น 10 mm
3. อ่านค่าแรง (Maximum Load) ที่เกิดขึ้น
4. นำค่าแรงที่ได้หารด้วยระยะทางที่ยุบตัว เช่น ถ้าใช้แรง 100 N
   แล้วสปริงยุบลง 10 mm
   ค่า k คือ 100/10=10 N/mm