Što je opruga s konstantnom silom?

U većini tipova opruga, sila koja djeluje kada je ta opruga stisnuta, a zatim opuštena proporcionalna je udaljenosti na kojoj je bila istegnuta. Opruga konstantne sile, za razliku od obične opruge, ne poštuje ovo pravilo. Kao rezultat fizičkog dizajna opruge s konstantnom silom, snaga kojom se ona povlači ostaje konstantna. Opruge s konstantnom silom su stoga korisne u mnogim primjenama gdje je važna dosljedna sila trzanja.

Ponašanje običnih opruga može se opisati matematičkom jednadžbom poznatom kao Hookeov zakon. Ovaj zakon kaže da je sila povratne opruge u smjeru trzanja jednaka udaljenosti pomaka opruge od ravnoteže – drugim riječima, koliko je daleko bila rastegnuta – pomnoženoj s matematičkom konstantom, brzinom opruge. Opruga se povlači u smjeru suprotnom od onoga u kojem je istegnuta. Budući da se mnogi elastični materijali ponašaju na ovaj način, Hookeov zakon ima široku primjenu u području fizike.

Hookeov zakon se ne primjenjuje na opruge konstantne sile jer njihova sila trzanja ostaje konstantna kroz njihov raspon kretanja. To se postiže njihovim jedinstvenim fizičkim dizajnom koji se sastoji od tanke, namotane čelične vrpce. Opruge s konstantnom silom leže u stanju opuštanja kada su potpuno smotane, a postaju nabijene silom kada su djelomično ili potpuno odmotane. Kada se otpusti, opruga se povlači povlačenjem produžene vrpce natrag u čvrstu rolu. Budući da sila trzanja dolazi uglavnom od dijela najbližeg smotanom valjku, održava se konstantna sila.

Uobičajena primjena opruge konstantne sile može se vidjeti u mjerama trake koje se koriste u kućanstvu i građevinarstvu. Tipični mehanizam za mjerenje trake sastoji se od tanke metalne vrpce namotane oko unutarnjeg bubnja unutar plastičnog kućišta. Kada se mjerna traka izvuče i zaključa, na oprugu se prenosi sila. Nakon otpuštanja brave, vrpca se automatski uvlači natrag u plastično kućište. Ovo povlačenje se postiže zahvaljujući povratnom djelovanju valjka, koji funkcionira kao opruga konstantne sile.

Mnogi drugi uređaji koji imaju automatsko uvlačenje također koriste oprugu konstantne sile. Neki primjeri uključuju automobilske sigurnosne pojaseve, protutege za prozore, naslone za sjedala i pištolje za spajanje. U svim ovim primjenama, sila koja generira uređaj mora biti dosljedna, ponašajući se na isti način svaki put dok djeluje unutar malog prostora. Opruge s konstantnom silom ispunjavaju oba ova uvjeta, budući da djeluju konstantnom silom, a također se mogu čvrsto namotati, uklapajući veliku duljinu vrpce u područje skromne veličine.