Τι είναι ένα ελατήριο σταθερής δύναμης;

Στους περισσότερους τύπους ελατηρίων, η δύναμη που ασκείται όταν αυτό το ελατήριο συμπιέζεται και στη συνέχεια χαλαρώνει είναι ανάλογη με την απόσταση που έχει τεντωθεί. Ένα ελατήριο σταθερής δύναμης, σε αντίθεση με ένα συνηθισμένο ελατήριο, δεν υπακούει σε αυτόν τον κανόνα. Ως αποτέλεσμα της φυσικής σχεδίασης του ελατηρίου σταθερής δύναμης, η ισχύς με την οποία υποχωρεί παραμένει σταθερή. Ως εκ τούτου, τα ελατήρια σταθερής δύναμης είναι χρήσιμα σε πολλές εφαρμογές όπου η σταθερή δύναμη ανάκρουσης είναι σημαντική.

Η συμπεριφορά των συνηθισμένων ελατηρίων μπορεί να περιγραφεί με μια μαθηματική εξίσωση γνωστή ως νόμος του Χουκ. Αυτός ο νόμος δηλώνει ότι η δύναμη ενός ελατηρίου ανάκρουσης προς την κατεύθυνση της ανάκρουσης είναι ίση με την απόσταση της μετατόπισης του ελατηρίου από την ισορροπία – με άλλα λόγια, πόσο έχει τεντωθεί – πολλαπλασιαζόμενη με μια μαθηματική σταθερά, τον ρυθμό του ελατηρίου. Το ελατήριο οπισθοχωρεί προς την αντίθετη κατεύθυνση από αυτή στην οποία έχει τεντωθεί. Δεδομένου ότι πολλά ελαστικά υλικά συμπεριφέρονται με αυτόν τον τρόπο, ο νόμος του Hooke έχει ευρείες εφαρμογές στον τομέα της φυσικής.

Ο νόμος του Hooke δεν ισχύει για ελατήρια σταθερής δύναμης επειδή η δύναμη ανάκρουσής τους παραμένει σταθερή σε όλο το εύρος κίνησής τους. Αυτό επιτυγχάνεται από το μοναδικό φυσικό τους σχέδιο, το οποίο αποτελείται από μια λεπτή, κουλουριασμένη κορδέλα από χάλυβα. Τα ελατήρια σταθερής δύναμης βρίσκονται σε κατάσταση χαλάρωσης όταν τυλίγονται πλήρως και φορτίζονται με δύναμη όταν ξετυλίγονται μερικώς ή πλήρως. Όταν απελευθερωθεί, το ελατήριο οπισθοχωρεί τραβώντας την εκτεταμένη κορδέλα πίσω σε ένα σφιχτό ρολό. Δεδομένου ότι η δύναμη ανάκρουσης προέρχεται ως επί το πλείστον από το πλησιέστερο μέρος στον τυλιγμένο κύλινδρο, διατηρείται μια σταθερή δύναμη.

Μια κοινή εφαρμογή του ελατηρίου σταθερής δύναμης μπορεί να παρατηρηθεί στις μεζούρες που χρησιμοποιούνται σε οικιακές εφαρμογές και κατασκευές. Ένας τυπικός μηχανισμός μετροταινίας αποτελείται από μια λεπτή μεταλλική ταινία τυλιγμένη γύρω από ένα εσωτερικό τύμπανο μέσα σε ένα πλαστικό περίβλημα. Όταν η μεζούρα τραβιέται προς τα έξω και ασφαλίζει, ασκείται δύναμη στο ελατήριο. Μόλις απελευθερωθεί η κλειδαριά, η κορδέλα ανασύρεται αυτόματα πίσω στο πλαστικό περίβλημα. Αυτή η ανάσυρση επιτυγχάνεται λόγω της δράσης ανάκρουσης του ρολού, το οποίο λειτουργεί ως ελατήριο σταθερής δύναμης.

Πολλές άλλες συσκευές που διαθέτουν αυτόματη ανάκληση χρησιμοποιούν επίσης το ελατήριο σταθερής δύναμης. Μερικά παραδείγματα περιλαμβάνουν ζώνες ασφαλείας αυτοκινήτου, αντισταθμίσεις παραθύρων, ξαπλώστρες καθισμάτων και πιστόλια συνδετήρων. Σε όλες αυτές τις εφαρμογές, η δύναμη που δημιουργεί τη συσκευή πρέπει να είναι συνεπής, να συμπεριφέρεται με τον ίδιο τρόπο κάθε φορά ενώ ενεργεί σε ένα μικρό χώρο. Τα ελατήρια σταθερής δύναμης πληρούν και τις δύο αυτές προϋποθέσεις, καθώς ασκούν σταθερή δύναμη και μπορούν επίσης να τυλιχτούν σφιχτά, προσαρμόζοντας ένα μεγάλο μήκος ταινίας σε μια περιοχή μέτριου μεγέθους.