Ми пояснюємо, що таке закон Гука, його формулу та застосування в інженерії та архітектурі. Також, як розраховується еластичність.
Що таке закон Гука?
Закон пружності Гука, або просто закон Гука, є фізичним принципом пружної поведінки твердий. Його сформулював у 1660 році британський учений Роберт Гук, сучасник знаменитого Ісаака Ньютона.
Теоретичне положення цього закону полягає в тому, що зміщення або деформація, яку зазнає об'єкт, підданий а сила, буде прямо пропорційна деформаційній силі або навантаженню. Тобто, чим більша сила, тим більша деформація чи зміщення, або як сам Гук сформулював це латиною: Ut tensio sic vis («Як продовження, така й сила»).
Закон Гука надзвичайно важливий у різних галузях, таких як фізичний і вивчення пружних пружин (його найчастіша демонстрація). Це фундаментальна концепція для інженерії та архітектури, будівництва та дизайн, оскільки це дозволяє передбачити спосіб дії тривалої сили або a вага змінить розміри об’єктів у погода.
Кажуть, що цей закон був опублікований Гуком у вигляді таємничої анаграми (ceiiinosssttuv), з якого можна реконструювати латинську формулу його закону, оскільки він боявся, що хтось може незаконно заволодіти його знахідкою. Однак через кілька років він оприлюднив свої висновки.
Формула закону Гука для пружин
Найпоширеніша формула закону Гука виглядає так:
F = -k. ΔL
де:
- Ф є деформуюча сила
- ΔL є варіацією, що довжина пружини, стиснення або розширення.
- к є константою пропорційності охрещеної як пружинна постійна, зазвичай виражається в ньютонах на метри (Н/м).
Для обчислення ΔL, тобто деформації об’єкта, необхідно знати початкову довжину (L0) і кінцеву довжину (Lf).
Дивіться також:Еластичність у фізиці
Застосування закону Гука
Закон Гука надзвичайно корисний у всіх тих областях, в яких знання сповнені еластичної здатності матеріалів. інженерія, архітектури і будівництво є дисципліни в якому він використовується найчастіше.
Наприклад, цей закон дозволяє нам передбачити вплив ваги автомобілів на міст і на матеріали, з яких він виготовлений (наприклад, метал). Він також дозволяє розрахувати поведінку сильфона або комплекту пружин у межах конкретної машини або промислового пристрою.
Найвідомішим застосуванням закону Гука є розробка динамометрів: пристроїв, що складаються з пружини та шкали, які дозволяють вимірювати сили скалярно.
Закон і пружність Гука
Застосування закону Гука для обчислення еластичність різниться чи то пружини, чи то твердий еластичний.
Для розрахунку пружності пружин використовується «рівняння пружини», що є найбільш загальним способом формулювання формули закону Гука (того самого, що ми запропонували вище: F = -k. ΔL).
Знаючи постійну пружини k і масу предмета, з’єднаного з пружиною, кутову частоту коливань пружини (ω) можна розрахувати за такою формулою:
ω = √k / м
З іншого боку, для обчислення пружності пружних твердих тіл закон пружин необхідно узагальнити, оскільки розподіл напруги в їх тілах набагато складніше, ніж у сильфона.
Для цього використовуються рівняння Ламе-Гука, які мають конкретні формули для кожного твердого тіла відповідно до його конкретної форми: одновимірне, тривимірне ізотропне або тривимірне ортотропне. Але це предмети, які потребують значно складнішої та технічної опрацювання.