Dalam had kekenyalannya, spring mematuhi Hukum Hooke: pemanjangan berkadar terus dengan daya regangan. Gandakan daya dan spring meregang dua kali lebih jauh, jadi jumlah regangan ialah ukuran yang boleh dipercayai bagi daya yang dikenakan.
Neraca spring menggunakan ini. Apabila anda menggantung objek padanya, berat objek menarik spring ke bawah, dan spring memanjang sehingga tarikannya sendiri mengimbangi berat itu. Penunjuk yang dilekatkan pada spring bergerak di sepanjang skala yang telah ditanda dalam newton, jadi anda membaca berat terus daripada sejauh mana spring telah meregang.
Ia hanya berfungsi jika anda tidak membebankannya berlebihan. Melepasi had kekenyalan, spring berubah bentuk secara kekal, tidak lagi meregang secara berkadar, dan bacaan menjadi salah.
Dalam SPM, anda patut mengaitkan cara kerja neraca spring dengan Hukum Hooke dan idea had kekenyalan.
Salah faham biasa
- Neraca spring mengukur jisim secara terus -> Ia mengukur berat, iaitu daya graviti; skalanya boleh ditanda dalam newton.
- Spring meregang secara berkadar tidak kira berapa banyak dibebankan -> Hanya dalam had kekenyalan; melepasinya, keberkadaran dan spring itu rosak.
- Spring lebih keras meregang lebih jauh bagi daya yang sama -> Spring lebih keras mempunyai pemalar spring lebih besar, jadi ia meregang lebih sedikit bagi daya yang sama.
Fizik di sebaliknya
Neraca spring menukar Hukum Hooke kepada bacaan yang boleh dipercayai. Hukum Hooke menyatakan daya regangan berkadar terus dengan pemanjangan, ditulis F = kx, dengan F ialah daya dalam newton, x ialah pemanjangan dalam meter, dan k ialah pemalar spring dalam newton per meter.
Pemalar spring mengukur kekakuan: k yang besar bermakna spring kaku yang meregang sedikit bagi sesuatu tarikan.
Andaikan sebuah neraca menggunakan spring dengan k = 250 N m⁻¹ dan penunjuk menunjukkan pemanjangan x = 0.12 m. Daya yang meregangkannya ialah F = kx = 250 N m⁻¹ × 0.12 m = 30 N, dan oleh sebab berat itulah yang menarik spring, beban itu berberat 30 N. Membahagikannya dengan kekuatan medan graviti memberi jisim, m = 30 N ÷ 9.81 N kg⁻¹ = 3.1 kg.
Pada graf daya-pemanjangan, spring ini memberi garis lurus melalui asalan yang kecerunannya ialah k. Pembuatnya hanya mencetak skala dalam newton terus bertentangan dengan pemanjangan, jadi penunjuk membaca berat tanpa sebarang pengiraan.
Di pasar basah
Neraca spring gantung ialah pemandangan biasa di pasar basah Malaysia, tempat peniaga menyangkut beg ikan atau sayur padanya dan membaca berat terus pada dail ketika spring meregang. Semakin berat hasil tangkapan, semakin jauh spring menarik ke bawah dan semakin tinggi penunjuk naik, tepat seiring dengan beban.
Pengembara menggunakan alat yang sama sebagai neraca bagasi kecil, disepit pada pemegang beg dan diangkat supaya beg tergantung bebas, untuk menyemak beg berada di bawah had penerbangan sebelum keluar rumah. Peminat memancing menimbang tangkapan istimewa dengan cara yang sama.
Neraca bilik air pun berfungsi atas prinsip ini, cuma springnya dimampatkan dan bukan diregang, dan sistem tuas menggerakkan dail. Dalam kesemuanya, reka bentuk menganggap spring dikekalkan dalam had kekenyalannya; ikan yang terlalu berat untuk neraca pasar kecil akan meregangkan spring secara berlebihan sehingga ia tidak lagi melenting balik, dan setiap bacaan selepas itu akan salah.
Bagaimana ini diuji dalam SPM
Dalam Kertas 2, ini tergolong dalam bab Daya dan Gerakan II, diuji dengan kata perintah seperti nyatakan, terangkan, huraikan dan tentukan. Anda mungkin diminta menyatakan Hukum Hooke, menerangkan mengapa neraca spring berhenti membaca dengan betul setelah dibebankan berlebihan, atau menentukan pemalar spring daripada graf daya-pemanjangan.
Soalan berasaskan eksperimen mungkin meminta anda menghuraikan cara menyiasat hubungan antara daya dan pemanjangan serta memplot keputusannya.
Idea ini terikat rapat dengan jirannya dalam bab yang sama: kekenyalan dan had kekenyalan, graf daya-pemanjangan yang kecerunannya memberi k, dan tenaga keupayaan kenyal yang tersimpan dalam spring teregang, diberi oleh E = ½ Fx atau E = ½ kx². Ia juga berkait dengan susunan spring secara sesiri dan selari, yang mengubah kekakuan berkesan.
Apabila anda menemui soalan neraca spring, kaitkan bacaan terus kembali kepada F = kx dan semak sama ada spring masih dalam had kekenyalannya sebelum mempercayai nilai itu.
Sumber: DSKP KSSM Physics Form 4 and 5 (Versi English) (Bahagian Pembangunan Kurikulum (BPK), KPM)