4.15
Когда сила прикладывается к линейной пружине, восстанавливающая сила равномерно увеличивается с перемещением. Эта зависимость следует закону Гука, который позволяет рассчитывать работу, выполняемую по кривой перемещения силы-перемещения.
Для нелинейной пружины закон Гука не применяется. Восстанавливающая сила меняется с положением, поэтому график перемещения становится изогнутым.
Общая работа по растяжению пружины определяется интеграцией этой силы над смещением.
Однако интеграл трудно решить напрямую, так как квадратный корень усложняет процесс стандартного интегрирования.
Для упрощения интеграла используется правило подстановки. Она вводит новую переменную для комплексного члена. Дифференцирование переменной и перестановка производной помогает нам заменить другие члены внутри интеграла.
Применение подстановки преобразует член внутри квадратного корня в более простое выражение, преобразуя интеграл в одну степенную функцию.
После интегрирования новая переменная заменяется исходной переменной смещения, сохраняя её физическую интерпретацию.
Окончательное выражение отражает работу, необходимую для растяжения нелинейной пружины.
Когда к линейной пружине прикладывается сила, восстанавливающая сила увеличивается пропорционально величине смещения. Такое поведение описывается зако…
© 2026 MyJoVE Corporation. Все права защищены.