Co to jest sprężyna o stałej sile?

W większości rodzajów sprężyn siła wywierana, gdy sprężyna jest ściśnięta, a następnie rozluźniona, jest proporcjonalna do odległości, na którą została rozciągnięta. Sprężyna o stałej sile, w przeciwieństwie do zwykłej sprężyny, nie przestrzega tej zasady. W wyniku fizycznego projektu sprężyny o stałej sile siła, z którą odskakuje, pozostaje stała. Dlatego sprężyny o stałej sile są przydatne w wielu zastosowaniach, w których ważna jest stała siła odrzutu.

Zachowanie zwykłych sprężyn można opisać równaniem matematycznym znanym jako prawo Hooke'a. Prawo to stwierdza, że ​​siła sprężyny odrzutowej w kierunku odrzutu jest równa odległości przesunięcia sprężyny od równowagi - innymi słowy, jak daleko została rozciągnięta - pomnożonej przez stałą matematyczną, szybkość sprężyny. Sprężyna cofa się w kierunku przeciwnym do tego, w którym została rozciągnięta. Ponieważ wiele elastycznych materiałów zachowuje się w ten sposób, prawo Hooke ma szerokie zastosowanie w dziedzinie fizyki.

Prawo Hooke'a nie ma zastosowania do sprężyn o stałej sile, ponieważ ich siła odrzutu pozostaje stała w całym zakresie ruchu. Osiąga się to dzięki ich unikalnej konstrukcji fizycznej, która składa się z cienkiej, zwiniętej taśmy ze stali. Sprężyny o stałej sile leżą w stanie rozluźnienia, gdy są całkowicie zwinięte, i stają się naładowane siłą, gdy są częściowo lub całkowicie rozwinięte. Po zwolnieniu sprężyna odsuwa się, ciągnąc rozciągniętą wstążkę z powrotem w ciasny zwój. Ponieważ siła odrzutu pochodzi głównie z części najbliższej zwojowi rolki, utrzymywana jest stała siła.

Powszechne zastosowanie sprężyny o stałej sile można zaobserwować w środkach taśmy stosowanych w zastosowaniach domowych i budownictwie. Typowy mechanizm taśmy mierniczej składa się z cienkiej metalowej taśmy owiniętej wokół wewnętrznego bębna wewnątrz plastikowej obudowy. Gdy taśma pomiarowa zostanie wyciągnięta i zablokowana, siła zostanie przekazana na sprężynę. Po zwolnieniu blokady wstążka automatycznie chowa się z powrotem w plastikowej obudowie. Cofanie to osiąga się dzięki odrzutowi rolki, która działa jak sprężyna o stałej sile.

Wiele innych urządzeń wyposażonych w automatyczne chowanie również korzysta ze sprężyny o stałej sile. Niektóre przykłady to samochodowe pasy bezpieczeństwa, przeciwwagi w oknach, rozkładane fotele i zszywacze. We wszystkich tych aplikacjach siła generująca urządzenie musi być stała, zachowując się w ten sam sposób za każdym razem, działając na małej przestrzeni. Sprężyny o stałej sile spełniają oba te warunki, ponieważ wywierają stałą siłę i mogą być również zwinięte ciasno, dopasowując dużą długość taśmy do skromnego obszaru.