קפיץ

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
קפיצה אל: ניווט, חיפוש
קפיצים
קפיץ מפותל וסלילי

קפיץ הוא עצם גמיש המשמש לאגירת אנרגיה מכנית באמצעות אנרגיה פוטנציאלית אלסטית. בפיזיקה, ובפרט במכניקה מקובל להשתמש במונח "קפיץ" כדי לציין פוטנציאל "אידאלי" שמקיים את חוק הוק ביחס לכל העתק שהוא ממצב שיווי המשקל. בפועל, קפיצים אמיתיים מקיימים את חוק הוק רק בקירוב (עבור מתיחות קטנות). לקפיץ שימושים רבים בהנדסה ובפרט בהנדסת מכונות.

סוגי קפיצים[עריכת קוד מקור | עריכה]

סוגי הקפיצים הנפוצים ביותר הם:

סוגים אחרים:

  • גז לכוד דחוס.
  • גומייה - האנרגיה נאגרת כאשר החומר נמתח.

תאוריה[עריכת קוד מקור | עריכה]

בפיזיקה הקלאסית, ניתן לראות בקפיץ מתקן האוגר אנרגיה פוטנציאלית באמצעות מתיחת הקשרים שבין אטומי החומר האלסטי.

חוק הוק העוסק באלסטיות קובע כי תוספת ההארכה של גוף אלסטי (האורך במצב מתוח פחות האורך במצב רפוי) יחסי באופן לינארי למתיחות או לכוח המשמש למתיחת הגוף. באופן דומה, תוספת ההצטמצמות (תוספת ההארכה שלילית) יחסי לכוח הדחיסה (מתיחות שלילית).

חוק זה לא מתקיים תמיד, אלא רק כאשר התוספת (בין אם שלילית או חיובית) קטנה יחסית לאורך הכולל של הגוף. תוספות שאורכן גדול מגבול האלסטיות, שוברות את קשרי האטומים או מסדרות אותן מחדש, ויכולות לשבור את הקפיץ או לעוות אותו לצמיתות. לחומרים רבים אין גבול אלסטי מוגדר ולכן לא ניתן להשתמש בחוק הוק בצורה משמעותית בהתייחס לחומרים אלו.

למעשה, במונחים של אנרגיה חוק הוק הוא קירוב הרמוני של האנרגיה הפוטנציאלית של הקפיץ עבור הפרעות קטנות ("קירוב תנודות קטנות"). זהו קירוב בו מפתחים את האנרגיה הפוטנציאלית של הקפיץ סביב מצב שיווי המשקל שלו. כלומר: אם בנקודה \ x_0 הקפיץ נמצא בשיווי משקל (אנרגיה פוטנציאלית מינימלית), אזי בקירוב חוק הוק, האנרגיה הפוטנציאלית שלו כתלות במרחק מנקודת שיווי המשקל יהיה

\ U = \frac{1}{2} k ( x - x_0 )^2

כאשר k נקרא "קבוע הקפיץ" או ה"קשיחות" (stiffness) שלו.

שימושים[עריכת קוד מקור | עריכה]

קפיצי עלים (מגלגל לגלגל) בטרקטור מ-1956 (הקפיץ העליון מוסתר)
מכשיר לחיזוק שרירי הידיים המבוסס על קפיץ

ראו גם[עריכת קוד מקור | עריכה]

קישורים חיצוניים[עריכת קוד מקור | עריכה]