Pavasaris yra žmogaus inžinerijos ir kūrybos stebuklas. Šios funkcijos savo ruožtu leidžia sukurti daugybę žmogaus sukurtų objektų, kurių dauguma atsirado per Mokslinę revoliuciją XVII – XVIII amžiaus pabaigoje.
Kaip elastingas objektas, naudojamas mechaninei energijai kaupti, jų pritaikymas yra platus, todėl galima naudoti tokius dalykus kaip automobilių pakabos sistemos, švytuokliniai laikrodžiai, rankų pjovimo elementai, vėjarodės žaislai, laikrodžiai, žiurkių spąstai, skaitmeniniai mikrotrauminiai įtaisai ir, žinoma, , Slinky.
Kaip ir daugelis kitų per šimtmečius išrastų prietaisų, prieš pradedant juos taip plačiai naudoti, reikia išmanyti mechaniką. Kalbant apie spyruokles, tai reiškia, kad reikia suprasti tam tikrus elastingumo, sukimo ir jėgos dėsnius, kurie kartu yra žinomi kaip Huko įstatymas.
Hoko įstatymas yra fizikos principas, teigiantis, kad jėga, reikalinga spyruoklei prailginti ar suspausti tam tikru atstumu, yra proporcinga tam atstumui. Įstatymas pavadintas XVII amžiaus britų fiziko Roberto Hooke'o, kuris bandė parodyti spyruoklei veikiančių jėgų ir jos elastingumo ryšį.
Pirmiausia jis paskelbė įstatymą 1660 m. Kaip lotynų anagramą, o po to 1678 m. Paskelbė sprendimą ut tensio, sic vis - kuris išverstas reiškia „kaip pratęsimas, taigi jėga“ arba „pratęsimas yra proporcingas jėgai“).
Tai matematiškai galima išreikšti taip: F = -kX, kur F yra spyruoklę veikianti jėga (įtempimo arba įtempio pavidalu); X yra spyruoklės poslinkis, kai neigiama vertė rodo, kad spyruoklės poslinkis ją ištempus; ir k yra spyruoklės konstanta ir tiksliai apibūdina, koks jis standus.
Hoko įstatymas yra pirmasis klasikinis elastingumo paaiškinimo pavyzdys - tai yra daikto ar medžiagos savybė, dėl kurios po iškraipymo ji atstatoma į pradinę formą. Šis sugebėjimas grįžti į normalią formą po iškraipymo gali būti vadinamas „atstatančiąja jėga“. Suprantama pagal Hoko įstatymą, ši atstatomoji jėga paprastai yra proporcinga patiriamo „tempimo“ dydžiui.
Be spyruoklių elgesio, Hooke'io dėsnis galioja ir daugelyje kitų situacijų, kai deformuotas elastingas kūnas. Tai gali apimti bet ką, pradedant oro baliono pripūtimu ir guminės juostos pritraukimu ir vėjo jėgos dydžio matavimu, kad pastatas būtų lenktas ir pasviręs.
Šis įstatymas turėjo daug svarbių praktinių pritaikymų, iš kurių vienas buvo balansavimo rato sukūrimas, kuris leido sukurti mechaninį laikrodį, nešiojamąjį laikrodį, spyruoklinę skalę ir manometrą (dar žinomą kaip manometras). Taip pat todėl, kad tai yra artimas visų tvirtų kūnų suderinimas (tol, kol deformacijos jėgos yra pakankamai mažos), todėl daugybė mokslo ir inžinerijos šakų taip pat yra skolingos Hookui už šio įstatymo sugalvojimą. Tai apima seismologijos, molekulinės mechanikos ir akustikos disciplinas.
Tačiau, kaip ir dauguma klasikinės mechanikos, „Hooke's Law“ veikia tik ribotai. Kadangi jokios medžiagos negalima suspausti didesniu nei tam tikras minimalus dydis (arba ištempti didesnę nei maksimalus dydis) be tam tikrų nuolatinių deformacijų ar būsenos pokyčių, ji taikoma tik tol, kol naudojama ribota jėgos ar deformacija. Tiesą sakant, daugelis medžiagų pastebimai nukryps nuo Hooke'io įstatymų gerokai anksčiau nei bus pasiektos tos elastinės ribos.
Vis dėlto, Hooke'io dėsnis savo forma yra suderinamas su Newtono statinės pusiausvyros įstatymais. Kartu jie leidžia išsiaiškinti sudėtingų objektų deformacijos ir streso santykį, atsižvelgiant į būdingas medžiagas, iš kurių jis pagamintas. Pvz., Galima daryti išvadą, kad vienalytis strypas, kurio skerspjūvis yra lygus, elgsis kaip paprasta spyruoklė, kai jis ištemptas (k) tiesiogiai proporcingas jo skerspjūvio plotui ir atvirkščiai proporcingas jo ilgiui.
Kitas įdomus Hooke'o įstatymas yra tas, kad jis yra puikus pirmojo termodinamikos dėsnio pavyzdys. Bet kuris spyruoklė, suspausta ar ištempta, beveik puikiai taupo jam sunaudojamą energiją. Vienintelė prarasta energija atsiranda dėl natūralios trinties.
Be to, Hooke'io įstatyme yra į bangas panaši periodinė funkcija. Spyruoklė, paleista iš deformuotos padėties, periodiškai atliks proporcingą jėgą į pradinę padėtį. Taip pat galima stebėti ir apskaičiuoti judesio bangos ilgį ir dažnį.
Šiuolaikinė elastingumo teorija yra apibendrintas Hooke'o dėsnio variantas, teigiantis, kad elastingo daikto ar medžiagos deformacija / deformacija yra proporcinga jam tenkančiam įtempiui. Tačiau kadangi bendrieji įtempiai ir deformacijos gali turėti kelis nepriklausomus komponentus, „proporcingumo koeficientas“ gali būti nebe vienas tikras skaičius.
Puikus to pavyzdys galėtų būti vėjas, kai patiriamo įtempio intensyvumas ir kryptis skiriasi. Tokiais atvejais geriausia naudoti linijinį žemėlapį (dar žinomą kaip tensorių), kurį vietoj vienos vertės gali pavaizduoti realiųjų skaičių matrica.
Jei jums patiko šis straipsnis, yra keletas kitų, kurie jums patiks „Space Magazine“. Štai vienas apie sero Izaoko Newtono indėlį į daugelį mokslo sričių. Čia yra įdomus straipsnis apie sunkumą.
Taip pat internete yra keletas puikių šaltinių, tokių kaip ši paskaita apie Hooke'o įstatymą, kurią galite žiūrėti svetainėje Academicearth.org. Taip pat puikų elastingumo paaiškinimą rasite svetainėje howstuffworks.com.
Norėdami gauti daugiau informacijos, galite klausytis serijos 138 epizodo „Quantum Mechanics iš Astronomy Cast“.
Šaltiniai:
Hiperfizika
Fizika 24/7
