无处不在的弹力

2022-07-29薛海凤

科学大观园 2022年15期

薛海凤

力能使物体发生形变，也能改变物体运动状态，力在生活中发挥着重要作用。有这样一种力：小青蛙玩具上弦后，放在地上会自己跳起来; 射箭运动员把弓箭射出去;跳水运动员、蹦床运动员依赖它完成各种优美的空中动作，这就是弹力。发生弹性形变的物体，会对跟它接触且阻碍它恢复原来形状的物体产生力的作用，这种力叫弹力。

弹力在生活中无处不在。绳的拉力、弹簧施加的力都是弹力。杯子放在桌面上，杯子对桌面的压力、桌面对杯子的支持力也是弹力。

弹力的两个要素：接触、弹性形变。物体在力的作用下发生的形状或体积改变叫作形变。形变有两种：（1）外力撤销后，物体能完全恢复原状，叫弹性形变。（2）外力撤销后，物体不能完全恢复原状，叫塑性形变。物体能恢复原状的力叫弹力。因物体的弹性形变有多种多样，所以产生的弹力也有各种不同的表现形式。把重物放在塑料板上，被压弯的塑料要恢复原状，产生向上的弹力，这就是它对重物的支持力。物体挂在弹簧上，把弹簧拉长，被拉长的弹簧要恢复原状，产生向上的弹力，这就是它对物体的拉力。

不仅塑料、弹簧等能够发生形变，任何物体都能够发生形变，不发生形变的物体是不存在的。不过有的形变比较明显，能够直接见到;有的形变相当微小，必须借助仪器才能觉察出来。弹力的方向跟使物体形变的力的方向相反。撑杆弯曲发生形变产生弹力让撑杆跳高运动员越过横杆，蹦床形变产生的弹力把运动员抛向空中，高压气枪靠弹簧的弹力推动活塞压缩空气把子弹射出去，各种弹射器、自行车或摩托车的减震装置都利用了弹力。主要用于捆扎物品，具有回弹性好、价低、方便等特点的橡皮筋（学名乳胶圈）;广泛运用于服装领域的松紧带（又叫弹力线）;主要用于外科包扎护理，对创面敷料进行固定或限制肢体活动的弹力绷带;纺纱时加入很细的高强度橡胶皮筋制成的弹力棉等都有弹力的作用。

早在历史悠久的青铜时代就存在金属弹簧。弹簧很早之前就有应用了，古代的弓弩就是广义上的弹簧。真正意义上的弹簧是符合“胡克定律”的弹簧。英国科学家胡克提出了“胡克定律”：在弹性限度范围内，弹簧所受的力的大小与形变量成正比，F=kx，F为弹力，k为劲度系数（或倔强系数），x为弹簧拉长（或压短）的长度。根据这一原理，1776年，使用螺旋压缩弹簧的弹簧秤问世。不久，专供钟表使用的弹簧也被胡克本人发明出来。先进的制造方法，使今天的弹簧无处不在。各类弹簧产品共有21个大类、1600多个品种，主要有气门弹簧、螺旋弹簧、悬架弹簧、膜片弹簧、減震弹簧、板弹簧、液压弹簧、空气弹簧、油泵弹簧、碟形弹簧、高温弹簧、卡簧、拉簧、扭簧、压簧、涡卷弹簧、记忆合金弹簧以及异型弹簧等。

弹簧主要功能有：①控制机械的运动，如内燃机中的阀门弹簧、离合器中的控制弹簧等。②缓冲功能，吸收振动和冲击能量，如汽车、火车车厢下的缓冲弹簧、联轴器中的吸振弹簧等。③带动功能，储存及输出能量作为动力，如钟表弹簧、枪械中的弹簧等。④测量功能，用作测力元件，如测力器、弹簧秤中的弹簧等。⑤发声功能，当空气从口琴、手风琴中的簧孔中流动时，冲击簧片，簧片振动发出声音。 ⑥复位功能，建筑大门的合页上装了复位弹簧，人们进出后门会自动复位。自动伞、自动铅笔等，以及各种按钮和按键也少不了复位弹簧。⑦紧压功能，盒式磁带、订书机、自动步枪中的子弹自动上膛、夹衣服的夹子、圆珠笔、钢笔套上的夹片都利用弹簧的紧压功能。

日用品业及五金业，包括打火机、玩具、锁具、门铰链、健身器、床垫、沙发等对弹簧需求量最大，汽车、摩托车、助动车、内燃机、电气、仪器等行业的发展也带动了弹簧行业的发展。