ค่าคงที่ของสปริง Spring Constant คืออะไร

ค่าคงที่ของสปริง Spring Constant คืออะไร

ค่าคงที่ของสปริง มักใช้สัญลักษณ์ k คือค่าที่บอกความแข็งหรือความยืดหยุ่นของสปริง โดยวัดว่า ต้องใช้แรงมากแค่ไหนเพื่อยืดหรือกดสปริงให้ขยับไปจากตำแหน่งเดิม

กฎของฮุค Hooke's Law

ความสัมพันธ์ระหว่างแรงที่กระทำต่อสปริงกับการขยับของสปริงอธิบายได้ด้วย กฎของฮุค

F=−k⋅xF=−k⋅x

โดยที่:

F = แรงที่ใช้ หน่วยนิวตัน N
k = ค่าคงที่ของสปริง หน่วยนิวตันต่อเมตร, N/m
x = ระยะยืดหรือหดจากตำแหน่งเดิม หน่วยเมตร m
เครื่องหมายลบ แสดงว่าแรงของสปริงต้านทิศทางการขยับ แรงคืนตัว
ความหมายของค่าคงที่สปริง

k มาก = สปริงแข็ง ต้องใช้แรงมากเพื่อยืดหรือกด
k น้อย = สปริงนุ่ม ใช้แรงน้อยเพื่อยืดหรือกด
ตัวอย่างการคำนวณ

ถ้าสปริงมี k = 100 N/m และถูกยืดออก 0.1 เมตร แรงที่ต้องใช้คือ

F=k⋅x=100 N/m×0.1 m=10 NF=k⋅x=100N/m×0.1m=10N

การนำไปใช้งาน

ระบบกลไก เช่น โช้คอัพรถยนต์
การเคลื่อนที่แบบฮาร์มอนิกอย่างง่าย ระบบมวล-สปริง
วิศวกรรมและวัสดุศาสตร์
ต้องการช่วยแก้ปัญหาเกี่ยวกับค่าคงที่สปริงไหมครับ

สปริงทำงานอย่างไร

สปริงเป็นอุปกรณ์ที่สามารถ เก็บและปล่อยพลังงานกล ได้โดยอาศัยคุณสมบัติความยืดหยุ่นของวัสดุ หลักการทำงานของสปริงมีดังนี้


1. กลไกพื้นฐานของสปริง

เมื่อสปริงถูกแรงภายนอกกระทำ เช่น ยืดหรือกด มันจะ เปลี่ยนรูปชั่วคราว และพยายาม กลับสู่สภาพเดิม โดยสร้างแรงต้านทาน (แรงคืนตัว) ตาม กฎของฮุค

F=−k⋅xF=−k⋅x

แรงคืนตัว F มีทิศทางตรงข้ามกับการกระทำของแรงภายนอก
พลังงานถูกเก็บไว้ ในรูปของ พลังงานศักย์ยืดหยุ่น

2. ตัวอย่างการทำงานของสปริง

กรณียืดสปริง

เมื่อดึงสปริงให้ยาวขึ้น สปริงจะสะสมพลังงานและพยายามหดกลับ
เช่น สปริงในเครื่องชั่งน้ำหนักแบบสปริง
กรณีอัดสปริง

เมื่อกดสปริงให้สั้นลง สปริงจะสะสมพลังงานและพยายามดันกลับ
เช่น สปริงในปากกาเคมีกด
กรณีแกว่ง ออสซิลเลต

หากติดมวลที่สปริงและดึงแล้วปล่อย มันจะ เคลื่อนที่แบบฮาร์มอนิกอย่างง่าย ขึ้น-ลงอย่างสม่ำเสมอ
เช่น ระบบกันสะเทือนในรถยนต์

3. พลังงานในสปริง

สปริงเก็บพลังงานในรูป พลังงานศักย์ยืดหยุ่น Elastic Potential Energy คำนวณได้จาก:

Ep=12kx2Ep​=21​kx2

E p = พลังงานศักย์ จูล J
k = ค่าคงที่สปริง
x = ระยะยืดหรือหด

4. การประยุกต์ใช้สปริงในชีวิตจริง

เครื่องมือวัดแรง  เครื่องชั่งสปริง ไดนาโมมิเตอร์
ระบบกันสะเทือน  โช้คอัพรถยนต์ เบาะนั่ง
ของเล่นและอุปกรณ์  ปากกากด ลูกข่าง ที่หนีบกระดาษ
วิศวกรรม  สปริงในเครื่องจักร ระบบลดแรงกระแทก

สรุป

สปริงทำงานโดย เปลี่ยนรูปเมื่อได้รับแรง และคืนตัวเมื่อแรงหายไป พร้อมทั้งเก็บ/ปล่อยพลังงาน ซึ่งนำไปใช้ประโยชน์มากมายในชีวิตประจำวันและอุตสาหกรรม

หากต้องการตัวอย่างเพิ่มเติมหรือการคำนวณเฉพาะเจาะจง ถามได้เลยครับ