核心概念
彈簧
彈性
重量
距離
介紹
你玩過彈簧玩具、用過彈球機、用過按動圓珠筆或者坐過汽車嗎？ 如果是，那麼你已經使用了彈簧！彈簧在我們周圍的機器中隨處可見，並且有很多有用的用途。在這個活動中，你將學習彈簧的另一個很酷的用途：製作一個秤來稱量物體。
背景
彈簧通常是由金屬製成的螺旋狀物體。它們有一個有用的特性，即它們非常容易拉伸——科學術語稱之為彈性。如果你擠壓一個彈簧或拉它，然後鬆開，它會彈回原來的形狀。然而，這種行為是有限度的。如果你拉（或推）得太用力，你可能會使彈簧超過其彈性極限。過了這個點，彈簧會發生一些永久性的變化——或變形——並且它將無法完全恢復其原始形狀。
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幸運的是，彈簧的彈性行為由一個眾所周知的方程來定義，這個方程稱為胡克定律，它指出彈簧的恢復力（彈簧為了恢復到其原始長度而推或拉的力度）與彈簧從其原始長度伸長（或壓縮）的距離成正比。這個定律用數學表示為 F = kx，其中 F 是力，x 是彈簧長度的變化，k 是一個稱為彈簧常數的數字，它對於不同尺寸或材料的彈簧來說是不同的。然而，對於給定的彈簧，只要你保持在彈簧的彈性極限內，k 保持不變。這使得胡克定律非常有用，因為如果你可以測量力或長度的變化，你可以使用彈簧常數來計算另一個值。
你可能會認為秤是用來站立或放置物體的，測量向下推它的質量。但是你也可以用懸掛式秤來稱量物體，其中質量拉它。在這個專案中，你將透過從彈簧上懸掛重物來製作一個簡單的彈簧秤。首先，你必須使用已知重量來校準秤，但之後，你可以透過將未知物體懸掛在彈簧上，並測量彈簧伸長的距離來測量未知物體的重量。
材料
一個彈簧（你可以在五金店找到各種彈簧，或者透過拆開按動圓珠筆或一些玩具來獲得——當然要經過允許。如有必要，請成人幫你拆開筆或玩具。）
回形針
小塑膠桶或一個紙杯或塑膠杯，在頂部附近穿孔並用繩子綁成一個把手
用作砝碼的物體，例如硬幣（你使用的物體的重量取決於你的彈簧有多強。）
廚房秤
尺子
紙和鉛筆或鋼筆
各種要測量的小型家用物品
步驟
用你的手玩一下你的彈簧，感受一下它的強度。 你必須用力壓它才能壓縮它？你必須用力拉它才能把它拉伸出來？小心不要用力推或拉它，以至於超過其彈性極限並使其永久變形，但這應該讓你對你的砝碼應該有多重有一個很好的瞭解。
用一個回形針將你的彈簧垂直懸掛起來，方法是用回形針的一端勾住彈簧的第二個線圈。（你可能需要稍微彎曲回形針的末端，以便更容易鉤住彈簧。）你可以用手握住回形針，或者把它夾在某個東西上，比如鉤子上，如果有的話。
使用尺子測量沒有掛任何重量的彈簧的長度。寫下這個數字。
現在，使用第二個回形針，套在倒數第二個線圈上，將你的桶或杯子掛在彈簧的底部。
在桶或杯子中新增一些砝碼（如硬幣）。新增足夠的重量，使彈簧伸長一點，你可以測量長度的變化。你需要新增多少才能看到變化將取決於你的彈簧。小心不要新增太多的重量，以至於彈簧超過其彈性極限並永久變形。當你增加重量時，彈簧如何伸長？
測量彈簧的新長度並寫下這個數字。
從彈簧上取下桶或杯子，並使用廚房秤稱量它，包括砝碼。在你剛剛測量的距離旁邊寫下這個數字。
重複這個過程，並在桶或杯子中新增更多的砝碼。寫下彈簧的新長度和新重量。
重複測量幾次，直到你有一些資料點。小心不要新增太多的重量並永久拉伸彈簧。當你不斷增加重量時，距離會發生什麼變化？
現在，嘗試在不使用廚房秤的情況下，找出另一個物體的重量。你可以使用你剛剛做的實驗中的資料來完成嗎？
將物體掛在你的彈簧上，並測量彈簧伸長的距離。然後，將此距離與你在實驗中記錄的距離進行比較，並查詢相應的重量。（如果你有一個圖表，這將更容易；請參閱下面的第一個“額外”內容。）根據你的資料，物體的重量是多少？現在用廚房秤測量一下——你有多接近？
對更多幾個物體重複這個過程，並將你使用彈簧秤查詢的重量與你使用廚房秤測量的重量進行比較。你的秤有多準確？如果它足夠好，也許你可以把它留在廚房或其他活動中使用！
額外：製作一個數據圖表，以距離為 x 軸，重量為 y 軸。這將更容易確定其他物體的重量。你的圖表是直線嗎？
額外：使用胡克定律和你的資料，你可以計算出你的彈簧的彈簧常數 k 嗎？提示：k 是力與距離圖表的斜率。
額外：如果你將彈簧拉伸超過其彈性極限，但繼續進行活動試驗，會發生什麼？
額外：你可以找出如何透過推壓彈簧（壓縮）而不是拉動彈簧（張力）來進行相同的活動嗎？提示：這可能很困難，因為彈簧會彎曲或突然折成兩半。你可以透過某種方式約束彈簧的運動來防止這種情況（例如將其放入按動圓珠筆或其他圓柱體的內部）。
觀察和結果
儘管你測量的確切重量和距離將取決於個別彈簧，但一般來說，你應該看到任何彈簧在其彈性極限內都遵循胡克定律。這意味著重量和距離之間的關係是線性的——如果你將重量加倍，彈簧伸長的量也將加倍。例如，假設你的彈簧的未伸長長度為 10 釐米。當你新增一定量的重量時，它會伸長到 11 釐米（與未伸長長度相比，變化為 1 釐米）。當你新增雙倍重量時，它應該伸長到 12 釐米（與未伸長長度相比，變化為 2 釐米）。
一旦你收集了一些資料點，這使你可以透過簡單地使用尺子測量彈簧長度的變化來輕鬆“查詢”新物體的重量。這就是真正的彈簧秤的工作原理——彈簧經過校準，因此當它們被拉伸一定量時，它對應於已知的重量。然而，如果你將彈簧拉伸超過其彈性極限，這就會失效。這將導致彈簧形狀的一些永久性變化，因此它不會恢復到其原始長度，並且你的測量結果不再有效。
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