Δήλωση νόμου του Χουκ

Η κατάσταση του Hooke εφαρμόζεται σε πολλές περιπτώσεις όπου ένα ελαστικό σώμα παραμορφώνεται. Τα περιστατικά μπορεί να περιλαμβάνουν τον άνεμο που φυσάει σε ένα ψηλό κτίριο ή έναν καλλιτέχνη που παίζει κιθάρα. Η κατάσταση είναι γραμμική-ελαστική ή Hookean τις περισσότερες φορές για το ελαστικό σώμα ή υλικό. Ο Robert Hooke έδειξε και εξήγησε το φαινόμενο της ελαστικότητας την άνοιξη όταν ασκείται δύναμη σε αυτό. Η δήλωση του νόμου του Χουκ ήταν η πρώτη που περιέγραψε το φαινόμενο ότι ένα αντικείμενο θα προσπαθεί πάντα να επανέλθει στην αρχική του κατάσταση μετά την παραμόρφωση. Η ιδιότητα της ελαστικότητας ορίστηκε ως η αναπόσπαστη ιδιότητα ενός ελαστικού αντικειμένου.

Δήλωση νόμου του Hooke

Το ελατήριο είναι το θαύμα της εργονομίας και της δημιουργικότητας. Διατίθεται σε πολλές ποικιλίες — ελατήρια συμπίεσης, ελατήρια στρέψης, ελατήρια επέκτασης, σπειροειδή ελατήρια κ.λπ. Εκτελούν όλες συγκεκριμένες λειτουργίες. Με αυτά τα χαρακτηριστικά των ελατηρίων, μπορείτε να δημιουργήσετε πολλά τεχνητά αντικείμενα. Τα περισσότερα από αυτά προήλθαν ή αναπτύχθηκαν ως μέρος της επιστημονικής επανάστασης του τέλους του 17ου και του 18ου αιώνα.

Η δήλωση του νόμου του Hooke εξηγεί ότι η δύναμη που απαιτείται για να τεντώσει ή να συμπιέσει ένα ελατήριο σε μια ορισμένη απόσταση είναι σχετική με την απόστασή του. Αυτός ο νόμος πήρε το όνομά του από τον Άγγλο φυσικό Ρόμπερτ Χουκ. απέδειξε τη σχέση μεταξύ της ελαστικότητας του ελατηρίου και της δύναμης που ασκείται σε αυτό. Δήλωσε για πρώτη φορά το νόμο σε έναν λατινικό αναγραμματισμό όπου χρησιμοποίησε τη λέξη ένταση για πρώτη φορά για να εξηγήσει το άγχος.

Η καταπόνηση είναι η αντίσταση που παρουσιάζεται στην παραμόρφωση με την εφαρμογή εξωτερικής δύναμης στην περιοχή της μονάδας. Η πίεση εφαρμόζεται προς την καταπόνηση την ίδια στιγμή που προκαλείται μέσω των μέσων του υλικού. Ένα φορτωμένο μέλος παραμένει σε ισορροπία ενώ το φορτίο που ασκείται εξωτερικά και η πίεση λόγω παραμόρφωσης είναι ίσα.

Η τάση μπορεί να είναι διαφορετικών τύπων, όπως θλιπτική τάση, τάση εφελκυσμού ή διατμητική τάση.

Λόγω της διατμητικής δράσης της εξωτερικής δύναμης, η τάση που δημιουργείται σε ένα υλικό ονομάζεται δύναμη διάτμησης. Η τάση που προκαλείται από τη βράχυνση των υλικών στο σώμα ονομάζεται δύναμη συμπίεσης. Η πίεση προκαλείται στο σώμα από την επιμήκυνση του εξωτερικού φορτίου που εφαρμόζεται στο υλικό. Οδηγεί στο τέντωμα του υλικού.

Η δήλωση του Hooke για ένα ελατήριο δηλώνει ότι όταν ένα ελαστικό υλικό όπως ένα ελατήριο τεντώνεται με δύναμη (F), τα μόρια και τα άτομα παραμορφώνονται μέχρι να εφαρμοστεί τάση και όταν αφαιρεθεί η τάση, επιστρέφουν στην αρχική τους κατάσταση.

Η εξίσωση γράφεται ως:

F=-kx

Όπου F =δύναμη (Newton)

k =σταθερά ελατηρίου

x =συμπίεση ή επέκταση του ελατηρίου.

Το αρνητικό πρόσημο του νόμου του Χουκ περιγράφει τη δύναμη ως δύναμη επαναφοράς που προσπαθεί να επαναφέρει το ελατήριο στη θέση ισορροπίας.

Η τάση είναι όταν μια εξωτερική δύναμη εφαρμόζεται σε ένα αντικείμενο για να αλλάξει τις διαστάσεις του αντικειμένου. Η καταπόνηση εκφράζεται ως ο λόγος των αλλαγών στις διαστάσεις του σώματος προς τις αρχικές διαστάσεις του σώματος. Συνοψίζοντας το άγχος και την πίεση, η δήλωση νόμου του Χουκ εξηγεί τη σχέση τους. Όσο το άγχος ενεργεί, παραμένει στο σώμα και όταν αφαιρεθεί το άγχος, το σώμα ανακτά το σχήμα του. Η ιδιότητα αυτού του υλικού ονομάζεται ελαστικότητα. Επομένως, ο νόμος του Hooke είναι η βάση της ελαστικότητας, γνωστή ως η αρχή της ελαστικότητας ή ο νόμος της ελαστικότητας.

Η σχέση μπορεί να δοθεί ως

Καταπόνηση =παραμόρφωση x Μέτρο ελαστικότητας 

Η εξίσωση της σχέσης είναι σ =E x ε

Όπου σ =διαμήκης ανώμαλη τάση

E =συντελεστής Young

Διαμήκης ή κανονική καταπόνηση =ε

Σημασία της δήλωσης του νόμου του Χουκ

Η δήλωση του νόμου του Hooke είναι πολύ σημαντική για υλικά με ελαστικότητα. Η σημασία της δήλωσης έγκειται στην κατανόηση του ορίου ελαστικότητας και του ορίου της αναλογικότητας. Το ελαστικό όριο είναι η μέγιστη δύναμη ανά μονάδα επιφάνειας σε ένα στερεό υλικό που μπορεί να συμβεί πριν αρχίσει η μόνιμη παραμόρφωση. Όταν η πίεση αφαιρείται στο όριο ελαστικότητας, το υλικό επιστρέφει στο αρχικό του σχήμα και μέγεθος. Η πίεση που υπερβαίνει το όριο ελαστικότητας μπορεί να προκαλέσει τη ροή ή την υποχώρηση του υλικού. Σε αυτήν την περίπτωση, το όριο ελαστικότητας καταλήγει στην ελαστική συμπεριφορά και στη συνέχεια ξεκινά η πλαστική συμπεριφορά για τέτοια υλικά.

Το όριο ελαστικότητας είναι σχεδόν το ίδιο με το αναλογικό όριο ορισμένων ελαστικών υλικών, επομένως τα δύο μπορεί να μην διακρίνονται. Από την άλλη πλευρά, υπάρχει μια περιοχή μη αναλογικής ελαστικότητας μεταξύ των δύο για άλλα υλικά. Το όριο της αναλογικότητας είναι το τελικό σημείο της λεγόμενης γραμμικής ελαστικής συμπεριφοράς.

Εφαρμογή του νόμου του Χουκ

Ο νόμος του Χουκ έχει πολλές εφαρμογές στην πραγματική ζωή. Μερικές από τις εφαρμογές του νόμου του Χουκ είναι:

• Είναι μια θεμελιώδης αρχή πίσω από τις ζυγαριές ελατηρίων, τα μανόμετρο, τις χορδές κιθάρας και τους τροχούς ισορροπίας ρολογιού.
• Ο νόμος του Χουκ αποτελεί τη βάση της σεισμολογίας και της μοριακής μηχανικής.
• Χρησιμοποιείται σε εφαρμογές φυσικής και μηχανικής όπως μανόμετρο και σωλήνες bourdon.

Περιορισμοί του νόμου του Χουκ

Οι περιορισμοί του νόμου του Χουκ είναι οι εξής:

• Ο νόμος του Χουκ δεν είναι μια καθολική αρχή και ισχύει μόνο για υλικά, εκτός εάν το υλικό εκτείνεται πέρα ​​από την ικανότητά του.
• Ο νόμος του Χουκ ισχύει για στερεά μόνο όταν η παραμόρφωση και η δύναμη είναι μικρές.
• Πολλά υλικά ήδη αποκλίνουν από τον νόμο του Hooke πριν φτάσουν τα ελαστικά τους όρια.

Συμπέρασμα

Η δήλωση του νόμου του Hooke εξηγεί ότι η δύναμη που απαιτείται για να τεντώσει ή να συμπιέσει ένα ελατήριο σε μια ορισμένη απόσταση είναι σχετική με την απόστασή του. Όρισε ότι η ιδιότητα της ελαστικότητας ήταν η αναπόσπαστη ιδιότητα ενός ελαστικού αντικειμένου. Ο νόμος του Hooke μπορεί να γραφτεί ως F =−kx. Το F δεν σημαίνει πλέον την εφαρμοζόμενη δύναμη σε αυτήν την εξίσωση αλλά την ισοδύναμη δύναμη επαναφοράς που επαναφέρει το ελαστικό υλικό στις αρχικές του διαστάσεις. Ο νόμος του Χουκ έχει πολλές εφαρμογές στην καθημερινή μας ζωή. Για παράδειγμα, είναι μια βασική αρχή πίσω από ζυγαριές ελατηρίων, μετρητές πίεσης, χορδές κιθάρας και ρολόγια, ζάντες ισορροπίας, σεισμογράφους κ.λπ. Οι σημειώσεις της δήλωσης νόμου του Hooke περιλαμβάνουν όλα τα σημαντικά σημεία που χρειάζονται.