زنبرك

زنبركات لولبية أو ملفوفة مصممة للشد

الزنبرك أو الياي أو النابض Spring هو جهاز مرن يستخدم لتخزين الطاقة الميكانيكية. وتصنع الزنبركات عادة من صلب (فولاذ) مصلد. الزنبركات الصغيرة يمكن لفها من صلب سابق التصليد، بينما الزنبركات الأكبر فيصنعوا من صلب ملدن ويصلـّد بعد صنعه. بعض المعادن غير الحديدية تـُستعمل أيضاً ومنها برونز الفوسفور للأجزاء التي تتطلب مقاومة التآكل ونحاس البريليوم للزنبركات التي تحمل تيارات كهربائية (بسبب قلة مقاومتها الكهربية).

معدل الزنبرك هو مقدار التغير في القوة التي يبذلها، مقسومة على التغير في انحناء الزنبرك. أي أنه هو معدل تغير gradient منحنى القوة مقابل الانحناء. لزنبرك التمدد أو الانضغاط فإن هذا المعدل يـُقاس بوحدات ن/مم أو ما شابه. أما زنبرك اللي فإن الوحدات هي ن-م/درجة قطرية، أو ما شابه. ومقلوب معدل الزنبرك هو المطاوعة Compliance، أي أن لو كان زنبرك معدله 10 ن/مم، فإن مطاوعته قدرها 0.1 مم/ن. قساوة (أو معدل) زنبركات موضوعة على التوازي جمعية additive، كما هو الحال لمطاوعة زنبركات موضوعة على التسلسل.


التاريخ

الزنبركات غير الملفوفة البسيطة كانت تستعمل على مر التاريخ الإنساني. وفي العصر البرونزي فإن زنبركات متقدمة أصبحت تستعمل كاللتي نراها في انتشار استعمال الملاقيط في مختلف الثقافات. المهندس المصري الإغريقي كتسيبيوس السكندري طوّر طريقة لصناعة البرونز له خصائص زنبركية بانتاج سبيكة برونز بنسبة أعلى من القصدير، ثم يتم تصليدها بالدق بعد صبها.

الزنبركات الملفوفة ظهرت في القرن الخامس عشر.[1]


أنواعه

زنبرك شعري حلزوني
زنبرك حلزوني volute spring. تحت الضغط الملفات تنزلق فوق بعضها البعض, مما يتيح حركة أطول.


زنبركات حلزونية رأسية في خزان ستوارت
زنبركات ورقية في سيارة نقل
قضيب لي ملوي تحت حمل


الفيزياء

زنبركان مربوطان إلى حائط وكتلة. في مثل هذا الموقف, الزنبركان يمكن استبدالهما بزنبرك واحد له ثابت زنبركي keq=k1+k2.

قانون هوك

المقالة الرئيسية: قانون هوك
 F=-kx, \


الحركة التوافقية البسيطة

المقالة الرئيسية: [[|]]
F = - k x = m a. \,
الإزاحة, x, كدالة في الوقت. كمّ الوقت المنقضي بين القمم يسمى period.

ولكن العجلة هي المشتقة الثانية لـ x, وبذلك

 - k x = m \frac{d^2 x}{dt^2}. \,

وبإعادة ترتيب النتائج في معادلة تفاضلية

\frac{d^2 x}{dt^2} + \frac{k}{m} x = 0, \,

وحلها يتم بجمع جا و جتا:

 x(t) = A \sin \left( t \sqrt{\frac{k}{m}} \right) + B \cos \left(t \sqrt{\frac{k}{m}} \right). \,

الرسم البياني لهذه الدالة موضح إلى اليسار.

النظرية

الاستخدامات

المصادر

  1. ^ Springs How Products Are Made, 14 July 2007.
  2. ^ http://www.smalley.com/wave_springs/about_springs.asp

وصلات خارجية

هناك كتاب ، Physics Study Guide، في معرفة الكتب.


Gxermo2.svg هذه المقالة عبارة عن بذرة تحتاج للنمو والتحسين؛ فساهم في إثرائها بالمشاركة في تحريرها.