- Какво е законът на Хук?
- Законна формула на Хук за Спрингс
- Приложения на закона на Хук
- Закон и еластичност на Хук
Обясняваме какво представлява законът на Хук, неговата формула и приложенията му в инженерството и архитектурата. Също така как се изчислява еластичността.
Какво е законът на Хук?
Законът за еластичността на Хук или просто законът на Хук е физическият принцип около еластичното поведение на твърдо. Той е формулиран през 1660 г. от британския учен Робърт Хук, съвременник на известния Исак Нютон.
Теоретичната предпоставка на този закон е, че изместване или деформацията, претърпяна от обект, подложен на а сила, ще бъде право пропорционална на деформиращата сила или натоварването. Тоест колкото по-голяма е силата, толкова по-голяма е деформацията или изместването, или както самият Хук го формулира на латински: Ut tensio sic vis („Като разширението, така и силата“).
Законът на Хук е изключително важен в различни области, като например физически и изследването на еластичните пружини (най-честата му демонстрация). Това е фундаментална концепция за инженерство и архитектура, строителство и дизайн, тъй като позволява да се предвиди начина, по който продължителна сила или a тегло ще промени размерите на обектите в метеорологично време.
Твърди се, че този закон е публикуван от Хук под формата на мистериозна анаграма (ceiiinosssttuv), от което може да се реконструира латинското изложение на неговия закон, тъй като той се страхувал, че някой може незаконно да завладее неговото откритие. Няколко години по-късно обаче той направи публично достояние своите открития.
Законна формула на Хук за Спрингс
Най-често срещаната формула за закона на Хук е, както следва:
F = -k. ΔL
Където:
- Ф е деформиращата сила
- ΔL е вариацията, която дължина на пружината, компресия или удължаване.
- к е константата на пропорционалността, кръстена като пружинна константа, обикновено изразено в нютони над метри (N / m).
За да се изчисли ΔL, тоест деформацията на обекта, е необходимо да се знае първоначалната дължина (L0) и крайната дължина (Lf).
Вижте също:Еластичност във физиката
Приложения на закона на Хук
Законът на Хук е изключително полезен във всички онези области, в които знания пълен с еластичния капацитет на материалите. Инженерство, архитектура и строителството са дисциплини в които се използва най-често.
Например, този закон ни позволява да предвидим ефекта, който теглото на автомобилите ще има върху моста и върху материалите, от които е направен (като напр. метални). Позволява също така да се изчисли поведението на силфон или комплект пружини в рамките на конкретна машина или промишлено устройство.
Най-известното приложение на закона на Хук е разработването на динамометри: устройства, съставени от пружина и скала, които позволяват скаларно измерване на сили.
Закон и еластичност на Хук
Прилагането на закона на Хук за изчисляване на еластичност варира дали е пружини, или твърдо еластична.
За изчисляване на еластичността на пружините се прилага „уравнението на пружината“, което е най-общият начин за формулиране на формулата на закона на Хук (същата, която предложихме по-горе: F = -k. ΔL).
Като се знае константата на пружината k и масата на обекта, свързан към пружината, ъгловата честота на трептене на пружината (ω) може да се изчисли по следната формула:
ω = √k / m
От друга страна, за да се изчисли еластичността на еластичните твърди тела, трябва да се обобщи законът за пружините, тъй като разпределението на напрежението в телата им е много по-сложно от духа.
За това се използват уравненията на Ламе-Хук, които имат специфични формули за всяко твърдо вещество според специфичната му форма: едномерно, триизмерно изотропно или триизмерно ортотропно. Но това са теми, които изискват много по-сложна и техническа разработка.