Κύριος επιστήμη

Η νομική φυσική του Hooke

Η νομική φυσική του Hooke
Η νομική φυσική του Hooke

Βίντεο: Εισαγωγή στα ελατήρια και νόμος του Hooke 2024, Ιούλιος

Βίντεο: Εισαγωγή στα ελατήρια και νόμος του Hooke 2024, Ιούλιος
Anonim

Ο νόμος του Hooke, ο νόμος της ελαστικότητας που ανακαλύφθηκε από τον Άγγλο επιστήμονα Robert Hooke το 1660, ο οποίος αναφέρει ότι, για σχετικά μικρές παραμορφώσεις ενός αντικειμένου, η μετατόπιση ή το μέγεθος της παραμόρφωσης είναι άμεσα ανάλογη με τη δύναμη ή το φορτίο παραμόρφωσης. Υπό αυτές τις συνθήκες το αντικείμενο επιστρέφει στο αρχικό του σχήμα και μέγεθος κατά την αφαίρεση του φορτίου. Η ελαστική συμπεριφορά των στερεών σύμφωνα με το νόμο του Hooke μπορεί να εξηγηθεί από το γεγονός ότι οι μικρές μετατοπίσεις των συστατικών τους μορίων, ατόμων ή ιόντων από κανονικές θέσεις είναι επίσης ανάλογες με τη δύναμη που προκαλεί τη μετατόπιση.

Η δύναμη παραμόρφωσης μπορεί να ασκηθεί σε ένα στερεό με τέντωμα, συμπίεση, συμπίεση, κάμψη ή περιστροφή. Έτσι, ένα μεταλλικό σύρμα εμφανίζει ελαστική συμπεριφορά σύμφωνα με το νόμο του Hooke επειδή η μικρή αύξηση του μήκους του όταν τεντώνεται από μια εφαρμοζόμενη δύναμη διπλασιάζεται κάθε φορά που η δύναμη διπλασιάζεται. Μαθηματικά, ο νόμος του Hooke δηλώνει ότι η εφαρμοζόμενη δύναμη F ισούται με μια σταθερά k επί τη μετατόπιση ή την αλλαγή στο μήκος x, ή F = kx. Η τιμή του k εξαρτάται όχι μόνο από το υπό εξέταση ελαστικό υλικό αλλά και από τις διαστάσεις και το σχήμα του.

Σε σχετικά μεγάλες τιμές εφαρμοζόμενης δύναμης, η παραμόρφωση του ελαστικού υλικού είναι συχνά μεγαλύτερη από την αναμενόμενη βάσει του νόμου του Hooke, παρόλο που το υλικό παραμένει ελαστικό και επιστρέφει στο αρχικό του σχήμα και μέγεθος μετά την αφαίρεση της δύναμης. Ο νόμος του Hooke περιγράφει τις ελαστικές ιδιότητες των υλικών μόνο στην περιοχή στην οποία η δύναμη και η μετατόπιση είναι ανάλογες. (Δείτε παραμόρφωση και ροή.) Μερικές φορές ο νόμος του Hooke διατυπώνεται ως F = −kx. Σε αυτήν την έκφραση το F δεν σημαίνει πλέον την εφαρμοζόμενη δύναμη αλλά μάλλον την ίση και αντίθετα κατευθυνόμενη δύναμη αποκατάστασης που κάνει τα ελαστικά υλικά να επιστρέψουν στις αρχικές τους διαστάσεις.

Ο νόμος του Hooke μπορεί επίσης να εκφραστεί σε όρους άγχους και πίεσης. Το άγχος είναι η δύναμη στις περιοχές μονάδας μέσα σε ένα υλικό που αναπτύσσεται ως αποτέλεσμα της εξωτερικά εφαρμοζόμενης δύναμης. Το στέλεχος είναι η σχετική παραμόρφωση που προκαλείται από το στρες. Για σχετικά μικρές καταπονήσεις, το άγχος είναι ανάλογο με την καταπόνηση. Για συγκεκριμένες εκφράσεις του νόμου του Hooke σε αυτήν τη μορφή, δείτε το συντελεστή χύδην. μέτρο διάτμησης; Το μέτρο του Young.