Как найти растяжение пружины: расчёт по формуле Гука - Calc101 Перейти к содержимому

Калькулятор

Как найти растяжение пружины: расчёт по формуле Гука

Обновлено 9 августа 2026 г.

механика

Растяжение пружины вычисляется по формуле x = F/k, где сила делится на жёсткость. При приложенной силе 5 Н и жёсткости 100 Н/м деформация составит 0,05 м или 50 мм. Метод основан на законе Гука и применим для расчёта пружин сжатия и растяжения.

Результат
—

Калькулятор выполняет расчёт пружины сжатия и растяжения по закону Гука, определяет момент силы для рычага и касательное напряжение при срезе. Основная формула для пружины F = k·x связывает силу, жёсткость и деформацию.

Что считает калькулятор

Калькулятор решает три типа задач механики: расчёт рычага по правилу моментов F1·L1 = F2·L2, расчёт пружины по закону Гука F = k·x и расчёт касательного напряжения среза τ = F/(n·A). Для пружины вычисляется сила, энергия деформации и эквивалентная масса груза. Для рычага определяется момент силы и выигрыш в силе как отношение плеч. Для соединения на срез рассчитывается напряжение, площадь сечения болтов и запас прочности.

Как найти растяжение пружины

Растяжение пружины вычисляется из закона Гука x = F/k, где F - приложенная сила в ньютонах, k - жёсткость в Н/м. При жёсткости 100 Н/м и силе 5 Н деформация составляет 0,05 м или 50 мм. Жёсткость определяется конструкцией пружины: диаметром проволоки, диаметром витка и числом витков.

Энергия упругой деформации накапливается в пружине по формуле E = k·x²/2. При жёсткости 100 Н/м и сжатии 50 мм энергия равна 100·0,05²/2 = 0,125 Дж.

Расчёт рычага и момента силы

Рычаг находится в равновесии, когда произведения силы на плечо с обеих сторон равны: F1·L1 = F2·L2. Сила 100 Н на плече 2 м создаёт момент 200 Н·м, который уравновешивает силу 400 Н на плече 0,5 м. Выигрыш в силе равен отношению плеч L1/L2, в этом примере 2/0,5 = 4 раза.

Расчёт соединения на срез

Касательное напряжение в болтовом соединении вычисляется как τ = F/(n·A), где F - сдвигающая сила, n - число болтов, A - площадь сечения одного болта. Площадь круглого сечения A = π·d²/4, для болта М10 с диаметром 10 мм площадь составляет 78,5 мм². При нагрузке 10000 Н на 2 болта М10 напряжение τ = 10000/(2·78,5) = 63,7 МПа. Для стали класса прочности 5,8 допускаемое касательное напряжение около 200 МПа, запас прочности 200/63,7 = 3,1.

Параметры пружины сжатия

Длина пружины складывается из свободной длины L0 и деформации x. При сжатии длина уменьшается: L = L0 - x, при растяжении увеличивается: L = L0 + x. Расчёт длины проволоки для пружины выполняется по формуле l = π·D·n, где D - средний диаметр витка, n - число рабочих витков. Для пружины диаметром 20 мм с 10 витками длина проволоки составляет 3,14·20·10 = 628 мм.

Типовые значения жёсткости

Тип пружиныЖёсткость, Н/мПрименение
Мягкая10-100Амортизация лёгких механизмов
Средняя100-1000Клапаны, подвески
Жёсткая1000-10000Силовые механизмы, прессы

Жёсткость пружины растяжения обычно на 10-20% ниже, чем у пружины сжатия тех же размеров из-за особенностей закрепления концов.

Как проверить результат вручную

Проверка расчёта пружины выполняется подстановкой в формулу F = k·x. При жёсткости 100 Н/м и деформации 50 мм сила равна 100·0,05 = 5 Н. Энергия деформации проверяется по формуле E = F·x/2 = 5·0,05/2 = 0,125 Дж. Масса груза, создающего эту силу, вычисляется m = F/g = 5/9,81 = 0,51 кг.

Для рычага проверка сводится к сравнению моментов: 100·2 = 200 Н·м с одной стороны, 400·0,5 = 200 Н·м с другой.

Частые ошибки при расчёте

Смешение единиц измерения приводит к ошибкам на порядки: жёсткость должна быть в Н/м, деформация в метрах, сила в ньютонах. Если деформацию задать в миллиметрах без перевода, результат окажется в 1000 раз больше. Другая ошибка - использование наружного диаметра пружины вместо среднего при расчёте длины проволоки.

Для болтовых соединений часто забывают учесть число плоскостей среза: болт в двух накладках работает на двойной срез, площадь удваивается.

Границы применимости закона Гука

Закон Гука справедлив в пределах упругости материала, когда деформация пропорциональна силе. Для стали предел упругости соответствует напряжению около 200-300 МПа, для пружинной стали до 800 МПа. При превышении этого предела пружина получает остаточную деформацию.

Формула F = k·x не учитывает трение, инерцию и нелинейные эффекты при больших деформациях. Пружины сжатия теряют устойчивость при отношении длины к диаметру более 4.

Откуда берутся исходные данные

Жёсткость пружины определяется экспериментально: пружину нагружают известной силой и измеряют деформацию. Для рычага плечи измеряются от точки опоры до линии действия силы. Для болтовых соединений диаметр берётся из стандарта, класс прочности указан маркировкой на головке болта.

Частые вопросы

Как найти растяжение пружины по силе?

Растяжение вычисляется по формуле x = F/k, где F - приложенная сила в ньютонах, k - жёсткость пружины в Н/м. При жёсткости 100 Н/м и силе 5 Н растяжение составит 50 мм.

Как посчитать жёсткость пружины?

Жёсткость определяется из эксперимента: k = F/x. Если под нагрузкой 10 Н пружина сжалась на 20 мм, жёсткость равна 500 Н/м.

Какую массу удержит пружина заданной жёсткости?

Масса вычисляется из условия равновесия: m = k·x/g. Пружина жёсткостью 100 Н/м при сжатии 50 мм создаёт силу 5 Н, что соответствует массе около 0,51 кг.

Как рассчитать энергию деформации пружины?

Энергия упругой деформации равна E = k·x²/2. При жёсткости 100 Н/м и сжатии 50 мм энергия составляет 0,125 Дж.

Что такое закон Гука для пружины?

Закон Гука устанавливает линейную связь между силой и деформацией: F = k·x. Коэффициент k характеризует сопротивление пружины деформации и измеряется в Н/м.

Расчёты на Calc101 носят справочный характер и не заменяют консультацию профильного специалиста (бухгалтера, юриста, врача, инженера). Проверяйте важные для вас решения дополнительно.