壓縮彈簧產生熱量嗎？

01-02

根據高中知識，完全彈性碰撞不產生熱量損失（其中包括壓縮彈簧）。
那麼按照實驗事實，
壓縮彈果真不會把能量轉化為熱量嗎？
還是在高中這種熱量就被忽略掉了？
是的，金屬疲勞是會產熱的，但彈簧的壓縮與恢復原長也能被稱作一種金屬疲勞嗎？

你拉動一個理想的彈簧，它的應力應變曲線是這樣的：

橫軸對應變形量，縱軸是力。線下的面積就是能量。

由於這是一個嚴格的單值線性函數，你拉彈簧時施加了多少能量，放開時就會釋放多少能量，沒有額外的能量以熱量的形式釋放出來。

而實際中的材料可能是這樣的

這些曲線中，拉動彈簧施加的能量（上曲線線下面積）大於放開彈簧時釋放的能量（下曲線線下面積），其中的能量差值都以熱量形式耗散掉了。

這種能量的耗散現象一般稱為內耗（Internal friction)，它往往來源於材料中缺陷的運動，可以理解為材料內部的摩擦。

高內耗材料可以用來吸收振動，增大阻尼。我們研究所研製的內耗材料會用在衛星上，用於固定高清攝像機，避免圖像晃動。之前也有用在嫦娥號上的，用於吸收著陸時的衝擊。

完全彈性的東西當然沒有啦

實際情況是

「哇塞，這個汽車的彈簧好牛逼啊，底盤不錯哦，剛開回來吧？」

「是啊。」

「我摸摸你的獎盃……哦不是，彈簧可以嗎？」

「摸完彈簧要摸獎盃哦。」

「好的，我摸啦~」

「哎呀我滴祖宗誒，豬蹄子都搞熟了呦！」

這個問題其實就是中學教材略微嚴謹性不足的體現。

有些回答說對了但沒點明，我就說的直白點。

因為彈性變形和塑性變形的解藕是建立於彈塑性解藕材料之上的。

推導彈塑性本構關係，從一個普遍的熱力學角度來推導，推導到一定程度上，要考慮內參量一階導是不變的。然後才能將柔度視為一個常量，然後才能推導出彈性變形與塑性變形是解藕的兩部分！

而實際上呢？內參量那樣好的材料哪去找？

考慮實際一點的彈塑性耦合材料，那應變應該準確的分為可恢復變形和不可恢復變形。

至於中學教材，那個可恢復的就是彈性，不可恢復就是塑性，那是不嚴謹的。對彈塑性解藕材料你才能這麼說，問題是世界上哪有內參量變化那麼理想的材料老讓你解藕？

看見最後題主還問了疲勞。

是的，彈性範圍內的變形也會有疲勞，其本質是材料產生了細微的裂紋或變形。這叫高周疲勞，能扛的周期比較多，至於有回答說的拗斷金屬絲，那是低周疲勞。

講個基本事實吧。

有一種開關設備叫做GIS，用於中壓和高壓配電系統的主開關。從外觀看，很像許許多多大罐子拼合而成，罐子內部就是六氟化硫氣體，還有開關結構和電流、電壓互感器等等。

GIS斷路器的操動機構有一個蝶形彈簧，它釋放時能產生巨大的合閘力。

我發現，當蝶形彈簧釋放後，用手觸摸它，會明顯地感覺到存在溫升。這應當就是題主所說的熱量吧。

對於小彈簧，不管是釋放還是壓縮，發熱現象應當觀察不到才對，畢竟能量較小。

在中學時做過一個試驗：把彈簧壓縮後綁紮起來，然後放到硫酸中，當彈簧腐蝕殆盡後，測量硫酸是否會因此溫度更高。記得當時測不出來，畢竟中學的試驗裝備精度不夠，無法驗證。

「完全彈性」，「絕對剛體」，「光滑面上的小滑塊」，「真空中的球形雞」，再加上「小勺子」。

集齊上述物理學四大神器，可召喚「車庫裡的噴火龍」。

唯「缸中之腦」可破此妖孽。

"理想彈簧"不會產生熱量

你用它做個彈力球，理論上它能一直跳下去..... 永不停息..... 也就是第二類永動機（經評論提示，我發現我搞錯了，並不是第二類永動機）.....

模型么，就是把不明顯影響結果的東西忽略。啥都考慮就.....

高中也有題目涉及「恢復係數 e」的，那時候就是彈性不『理想』，能量損失不可忽略了....

找個鐵絲，鋼絲，反覆彎折，會發熱的..... 當然鐵絲最『弱』，發熱快，疲勞斷裂快.... 鋼絲好些....

彈簧鋼的材料就是要儘可能找出發熱少的，疲勞斷裂慢的....

理想彈簧壓縮只發生彈性變形，動能完全轉化為彈性勢能。理想彈簧壓縮過程是不發熱的。

實際中彈簧壓縮除彈性變形外，還有一定的塑形變形，動能一部分通過彈性形變轉化為彈性勢能，另一部分通過塑性形變轉化為內能發熱。

所以實際中的彈簧會有使用壽命，隨著變形次數增加，塑形變形不斷累加，其彈性會下降。

高中教材中的理想彈簧是用於理論研究的模型，也不能說是忽略現實吧，只是這樣教學容易掌握。跟剛體，理想氣體等等一樣，都是理論模型。

因為實際彈簧金屬材料是多晶的，晶體內有缺陷的，每次壓縮，即便是彈性區域，晶界可能產生極小的相對滑動，晶界空洞可能擴大，裂紋可能擴展，位錯可能移動，這些最後都耗散成熱量了。

如果整個彈簧是一個金屬單晶，只要不產生晶體斷裂，就可以認為不產生熱量了。

如果單從物理的理想情況，應該是不發熱的。

全部的壓縮彈簧的機械能轉化為彈性勢能。

但實際情況是壓縮過程勢必導致彈簧內部的分子相對運動，產生髮熱現象。

即機械能=彈性勢能+熱能。

極端的例子，反覆折一段鐵絲，導致其金屬疲勞斷掉。摸摸斷開的位置，熱不？

晶體變形時晶格間產生的摩擦生熱也會消耗機械能。下面原答案假設用的的原子理論不嚴謹了。。。

以下為原答案

嘛。。。你的疑惑應該是彈性限度內的形變會不會產生能量損耗是吧。

高中是理想模型呀，要說是彈性限度內沒有能量損耗是可以的。

實際過程彈簧性能沒那麼好。

把彈簧勢能和動能轉變看成一個系統。

你從分子（原子）尺度看，

金屬彈簧是由好多原子組成的吧，

彈簧要宏觀上產生形變，是不是各個原子間的相對位置就要變化，

加上各個原子間本來就有相互作用力，

有力有位移是不是就要做功？

這部分功從哪來呢？

從那個勢能+動能=const的能量守恆循環中來。

既然這個系統已經有一部分能量去做其他事情了，

勢必開始提到的那個系統的機械能就不會再守恆了。

會，每次坐在沙發上就感覺很暖和。

如果是高轉速高輸出（為了進氣大行程也會較大）的發動機，用雙彈簧倒是可以理解

高轉速狀態下，氣門彈簧會迅速發熱。比如NASCAR那種莫名其妙的又要OHV又要高轉的發動機，聽說只要半分鐘彈簧就會熱到發紅。可以想像彈簧的負載有多大了。

如果轉速又高行程又大，到某個極限後就不可能使用機械的彈簧結構了。比方說F1需要工作到最高20,000rpm的情況，完全無法使用彈簧，而是需要使用壓縮空氣來複位。

（某種程度上，DOHC 4氣門的設計也是因為大大降低彈簧負載才能讓發動機使用高轉速的）

而如果使用兩個彈簧，可以大大降低單個彈簧的負載，可以讓發動機更安全得使用更高的轉速和更大的氣門升程。

——摘自某汽車論壇

在高中被忽略了。

動量守恆在理論上成立，但實際中還是要考慮多方因素。

最簡單的，比如用鎚子敲打一塊鐵，打十幾下你摸一摸就知道有沒有熱量產生了。

拿一根鐵絲，稍微粗一點的

反覆彎折

然後用手去摸一下彎折的地方！

彈簧和這個類似，但是發熱量太少，你感覺不到。

高贊張老師講到了GIS斷路器，我們廠開關如果連續拉合幾次，都要求去對GIS彈簧測溫，溫度過高不允許再次拉合。

回到題目本身，可以肯定的說，壓縮彈簧會使其溫度升高！不同大小、不同材質的彈簧發熱量差別很大，反映到宏觀的溫度上可能不容易測量。

眼鏡腿是記憶合金的，把它彎折180度後彎折的部分明顯會感覺溫度上升，彈開瞬間會變涼。

1、你別忘了高中學的都是理想狀態，我記得完全彈性碰撞也是實際不存在的吧？2、你們數學應該學了邏輯了吧，我們假設命題ABC；A=》C；B=》C，沒有證據能夠說明A和B有關係的。

PS：我記得當時班主任講過一個算彈簧發熱的公式，很好理解，但具體表達我忘了

你拿一段鐵絲不斷折彎，掰直。。。一會兒你就會發現鐵絲被折彎的地方發熱了。彈簧同理。

高中知識解釋不了。彈簧壓縮是一個複雜應變的過程，產生應變能，以熱量形式傳遞出去。

完全彈性碰撞當然不會發熱，就是動勢能轉換，不存在轉換成熱能的情況。

這裡的關鍵是「完全」二字，這個「完全」在自然界是不存在的。所以現實中碰撞和壓縮彈簧一定發熱，只是多少的問題。而且從「完全」二字能看出這裡並未忽略掉什麼，反而看文字時需要認真，別把關鍵的給看丟了。

題主是高中在讀還是已經畢業？這個提問水平過低了些。

誰壓誰熱