نام آزمايش: آزمايش فنر

هدف آزمايش: هدف در اين آزمايش بدست آوردن ثابت فنر (k) در حالتهای استاتيک و ديناميک

وسايل لازم براي اندازه گيري :  وزنه ، فنر، کرنومتر ، خط کش ، پايه و ترازو

تئوری آزمايش:

از مکانيک تحليلی مي‌‌دانيم که هرگاه يک فنر تحت تأثير يک نيروی کشش قرار گيرد، طول فنر اضافه مي‌‌شود. اين افزايش طولی تا جائی که از حد کشساني تجاوز نکند، با نيروی کشش متناسب است. آنچه گفتيم بيان قانون هوک است. يعنی اگر فنری را يک انتهای آن به جايی محکم شده است، اندکي بکشيم، در اين صورت طول فنر افزايش پيدا مي‌‌کند. اگر مقدار افزايش طول فنر را برابر x بگيريم، در اين صورت بر اساس قانون هوک اگر نيروی کشش F باشد، بايد

 F = kx باشد که در آن k ثابت تناسبی است که ثابت فنر ناميده مي‌‌شود.

از طرف ديگر ، نيروی هوک در خلاف جهت افزايش طول فنر وارد می شود (اين نيرو مي‌خواهد فنر را به حالت اوليه خود برگرداند) بنابراين بهتر است که اين رابطه را بصورت

 F = -kxنشان دهيم. قابل توجه است که مقدار افزايش طول فنر نبايد بيشتر از حد کشسانی فنر باشد، چون در اين صورت قانون هوک صادق نخواهد بود. اگر چنانچه بجای کشيدن فنر ، آن را فشرده کنيم، باز نيروی هوک (F) وجود دارد و اين بار ، اين نيرو سعی مي‌‌کند که فنر را از حالت فشرده به حالت اوليه خود بازگرداند.

حال فرض کنيد جسمي ‌به جرم M را به فنری که در حالت قائم ، به جايی متصل شده است، وصل کنيم، در اين صورت نيرويی به طرف پائين بر فنر وارد می ‌‌شود و اين نيرو سبب افزايش طول فنر می ‌‌شود و چون اين نيرو ناشی از ميدان گرانش زمين است، لذا با فرض اينکه مجموع جرم جسم و جرم فنر برابر Mm مي‌‌باشد، بر اساس قانون هوک در حالت تعادل می ‌‌توان نوشت که kx = Mm از اين رابطه می ‌‌توان مقدار k را محاسبه نمود.

  شرح آزمايش:

فنر را به حالت قائم از يک نقطه آويزان کنيد. ستون مدرج ميله‌ ای را بر روی يک گيره در کنار فنر به گونه‌ای قرار دهيد که فنر به موازات ستون مدرج قرار گيرد و در اين حالت بتوانيم طول فنر را بوسيله اين ستون مدرج اندزه بگيريم. ابتدا فنر را رها کنيد تا در حالت تعادل قرار گيرد. حال طول فنر را بوسيله ستون مدرج يادداشت کنيد. حال وزنه‌ ای با جرم معين (مثلا 10 گرم) را به فنر آويزان کنيد. صبر کنيد که به فنر در حالت تعادل قرار بگيرد. حال طول فنر را از روی ستون مدرج را بخوانيد. با کم کردن اوليه از اين طول مي‌‌توانيد افزايش طول فنر را اندازه بگيريد.

براي اينکه مقدار اندازه گيری شده دارای خطای کمتری ‌باشد، آزمايش را چندين بار انجام بدهيد. سپس از مقادير مختلف اندازه گيری شده در طول آزمايشهای مختلف ميانگين بگيريد. به اين ترتيب می توانيد افزايش طول فنر را اندازه بگيريد. چون مقدار جرم وزنه و نيز شتاب گرانش زمين (g) معلوم است، لذا می ‌‌توانيم از رابطه( ( ، مقدار k ثابت فنر را به راحتي محاسبه کنيم.

الف) استاتيک

برای بدست آوردن ثابت فنر در حالت استاتيک (ساکن) ابتدا طول اوليه فنر()  را بدست مي آوريم و در مرحله بعد وزنه  ايی به فنر آويزان مي کنيم و حالا بايد طول ثانويه فنر() را اندازه گيری نمائيم و سرانجام اختلاف  ها را در معادله    قرار داده  و مقدار  را بدست آوريم. در اين آزمايش ما برای سه بار با وزنه های مختلف اي کار را انجام داده ايم .