قانون هوك ينص على أن القوة المرنة للنابض تتناسب طردياً مع التغير في الطول. أي أن القوة F التي تؤثر على النابض تتناسب طردياً مع التغير في الطول ΔL من وضع التوازن.
يمكن تمثيل هذا القانون بالمعادلة التالية:
F = kΔL
حيث:
- F هي القوة المرنة للنابض (نيوتن)
- k هي ثابت النابض (نيوتن/متر)
- ΔL هو التغير في الطول (متر)
في تجربة النابض الحلزوني، يتم تعليق النابض من طرفه العلوي، ثم يتم تطبيق وزن تدريجي على الطرف السفلي. يتم قياس التغير في الطول ΔL من وضع التوازن، ثم يتم رسم منحنى يوضح العلاقة بين القوة F والتغير في الطول ΔL.
في البداية، يكون الخط المستقيم يمر بنقطه الاطل. ولكن، مع زيادة الوزن المطبق، يبدأ الخط المستقيم في الانحراف عن نقطة الصفر. وذلك لأن النابض يبدأ في التشوه بشكل دائم.
يرجع السبب في ذلك إلى أن النابض مصنوع من مادة مرنة، ولكن لها حد معين لتحمل الإجهاد. عندما يتم تطبيق وزن كبير جدًا على النابض، فإنه يبدأ في التشوه بشكل دائم. وهذا يعني أن النابض لن يعود إلى وضع التوازن الأصلي بعد إزالة الوزن.
لذلك، فإن الخط المستقيم لن يمر بنقطه الاطل في تجربة النابض الحلزوني بسبب التشوه الدائم للنابض.
يمكن توضيح ذلك من خلال الرسم البياني التالي:
y-axis: القوة المرنة (نيوتن)
x-axis: التغير في الطول (متر)
(0, 0)
(x1, y1)
(x2, y2)
y1 = kx1
y2 = kx2
y1 < y2
في هذا الرسم البياني، يمثل (0, 0) وضع التوازن الأصلي للنابض. يمثل (x1, y1) النقطة التي يبدأ فيها الخط المستقيم في الانحراف عن نقطة الصفر. يمثل (x2, y2) نقطة التشوه الدائم للنابض.
كما هو موضح، فإن y1 < y2. وذلك لأن y1 يمثل القوة المرنة للنابض في وضع التوازن الأصلي، بينما y2 يمثل القوة المرنة للنابض بعد التشوه الدائم.
وبالتالي، فإن الخط المستقيم لن يمر بنقطه الاطل في تجربة النابض الحلزوني بسبب التشوه الدائم للنابض.