مقدمه

نیرو کمیت با ارزش است که در فیزیک بسیار با اهمیت است. بطوری که نیوتن با تدوین سه قانون در مورد نیرو توانست زیر بنای فیزیک کلاسیک را بنیان نهد. به همین دلیل یکای اندازه گیری نیرو نیز به افتخار این دانشمند بزرگ نیوتن اختیار شد. آنچه مهم است اندازه گیری نیرو می‌باشد. معمولا نیرو در آزمایشگاه توسط نیروسنج‌های دقیق اندازه گیری می‌شود. اما در اینجا ما بر سر آنیم که با کمترین وسایل بتوانیم یک نیروسنج بسازیم.

نیروسنجی که ما در اینجا معرفی می‌کنیم بر اساس قانون هوک کار می‌کند. قانون هوک در مورد فنرها بیان می‌شود و اینگونه است که اگر بر فنری نیرو اعمال شود (به شرط اینکه نیرو خارج از حد کشسانی نباشد و موجب خراب شدن فنر نگردد) و موجب افزایش یا کاهش طول آن گردد، این نیرو با میزان افزایش یا کاهش طول فنر متناسب است همچنین در مورد هر فنر مقدار ثابتی به نام ضریب سختی فنر تعریف می‌شود که این تعریف رابطه تناسبی گفته شده را به تشاوی تبدیل می‌کند. به بیان دیگر اگر نیروی اعمال شده را با F و میزان تغییر طول را با x و ضریب سختی را با K نشان دهیم، در این صورت قانون هوک به صورت F= Kx بیان می‌شود.

وسایل لازم

• یک تکه سیم مسی یا آهنی به طول نیم متر
• یک عدد میله
• یک عدد پایه
• یک عدد خط کش
• یک عدد وزنه با اندازه معلوم و مناسب

شرح آزمایش

سیم آهنی یا مسی را به دور یک خودکار یا مداد می‌پیچیم، طوری که سیم به شکل یک فنر درآید. میله را بوسیله پایه محکم می‌کنیم بگونه‌ای که در حالت افقی قرار گیرد. فنر را از یک نقطه از میله آویزان می‌کنیم. بدیهی است دو سر فنر را باید به شکل قلاب در بیاوریم) حال وزنه طول فنر را بوسیله خط کش به دقت اندازه گرفته و آن را یادداشت می‌کنیم. این مقدار را با L₁ می‌نامیم.

وزنه با اندازه معلوم را از انتهای دیگر فنر آویزان می‌کنیم (در انتخاب وزنه باید دقت کنیم که مقدار به اندازه زیادی نباشد که موجب باز شدن فنر و از بین رفتن حالت فنر آن شود) و صبر می‌کنیم تا فنر به حالت تعادل برسد. بار دیگر توسط خط کش طول فنر را اندازه می‌گیریم و این مقدار را با L₂ می‌نامیم. تفاضل L₁ و L₂ را که همان تغییر طول فنر به ازای وزنه است با L= L₂ - L₁∆ نشان می‌دهیم.

نتایج آزمایش

اگر اندازه جرم وزنه معلوم را با m و شتاب جاذبه محل را با g نشان دهیم، در این صورت می‌توانیم از رابطه mg = K ∆L مقدار K ، ضریب سختی فنر را بدست آوریم. حال که ضریب سختی فنر محاسبه شده می‌توانیم از این دستگاه برای اندازه گیری وزنه‌هایی که تعداد آنها را نمی‌دانیم ، استفاده کنیم و از رابطه mg = K ∆L مقدار m جرم نامعلوم را تعیین کنیم. نکته قابل توجه این است که هر فنری دارای ضریب سختی معینی می‌باشد. همچنین نباید از فنر وزنه‌هایی آویزان کنیم که آنرا از حالت فنر بودن در آورد.