Ελατήριο

Ελατήριο σε παλιό ρολόι.

Ελατήριο ονομάζεται ένα μηχανικό εξάρτημα, το οποίο έχει την ικανότητα να αποθηκεύει μηχανική ενέργεια παραμορφώμενο προσωρινά. Συνήθως το σχήμα είναι ελικοειδές, αλλά υπάρχουν και ελατήρια σε σχήμα ράβδου, οι σούστες. Τα ελατήρια συνήθως κατασκευάζονται από χάλυβα.

Αρχή λειτουργίας

Σπειροειδές ελατήριο.

Το κάθε ελατήριο μπορεί να παραμορφωθεί ως προς μία διάστασή του υπό την επίδραση δύναμης ή να στρεφθεί ως προς έναν άξονά του υπό την επίδραση ροπής. Όταν ασκείται δύναμη σε αυτήν τη διάσταση ή ροπή ως προς αυτόν τον άξονα, το ελατήριο παραμορφώνεται αποθηκεύοντας το έργο της δύναμης ή της ροπής ως εσωτερική ενέργεια του υλικού του.

Σούστα.

Ταυτόχρονα, το ελατήριο ασκεί και αυτό δικιά του δύναμη ή ροπή αντίστοιχα αντιστεκόμενο στην εξωτερική δύναμη ή ροπή, η δύναμη ή ροπή του ελατηρίου είναι ανάλογη της γραμμικής ή γωνιακής του παραμόρφωσης και ισχύει ο νόμος του Χουκ: ${\vec {F}}=-k{\vec {x}}$ , όπου F η δύναμη του ελατηρίου και x η γραμμική παραμόρφωση (η διαφορά μεταξύ αρχικής και τελικής θέσης), ενώ η σταθερά k είναι δείκτης της σκληρότητας του ελατηρίου. Η δύναμη ή ροπή του ελατηρίου τείνει να επαναφέρει το ελατήριο στην αρχική του κατάσταση, για αυτό ονομάζεται και δύναμη ή ροπή επαναφοράς.

Όταν μειωθεί ή εξαφανιστεί η εξωτερική δύναμη ή ροπή, τότε το ελατήριο επανέρχεται μερικώς ή ολικώς αντίστοιχα απελευθερώνοντας ένα μέρος της αποθηκευμένης ενέργειάς του ως έργο της δύναμης ή ροπής που ασκεί το ίδιο.

Ιδανικό και πραγματικό ελατήριο

Σε ιδανικά θεωρητικά ελατήρια ισχύει απόλυτα ο νόμος του Χουκ, δε χάνεται ενέργεια στο περιβάλλον και τα ελατήρια μπορούν πάντα να επιστρέψουν στο αρχικό τους μήκος. Στην πραγματικότητα χάνεται μικρό ποσό ενέργειας στο περιβάλλον ως θερμική ενέργεια, ενώ η παραμόρφωση μπορεί να γίνει μόνιμη. Κάθε ελατήριο έχει κάποια όρια αντοχής τα αν υπερβούν θα παραμορφωθεί ή θα σπάσει. Επιπλέον, με την επαναλαμβανόμενη χρήση το υλικό χάνει τις ιδιότητές του λόγω μηχανικής κόπωσης και αν δεν αντικατασταθεί θα σπάσει.

Δείτε επίσης

• Δύναμη επαναφοράς