Закон Гука – формула і визначення
Закон Гука був відкритий в 18-му столітті англійцем Робертом Гуком. Це відкриття про розтягування пружини є одним із законів теорії пружності і виконує важливу роль в науці і техніці.
Визначення і формула закону Гука
Формулювання цього закону виглядає наступним чином: сила пружності, яка з’являється в момент деформації тіла, пропорційна подовженню тіла і спрямована протилежно руху частинок цього тіла відносно інших частинок при деформації.
Математична запис закону виглядає так:
Де
- FПр – відповідно сила пружності; X – подовження тіла (відстань, на яку змінюється вихідна довжина тіла); K – коефіцієнт пропорційності, званий жорсткістю тіла.
Сила вимірюється в Ньютона, а подовження тіла – в метрах.
Для розкриття фізичного змісту жорсткості, потрібно в формулу для закону Гука підставити одиницю, в якій вимірюється подовження – 1 м, заздалегідь отримавши вираження для k.
Ця формула показує, що жорсткість тіла чисельно дорівнює силі пружності, яка виникає в тілі (пружині), коли воно деформується на 1 м. Відомо, що жорсткість пружини залежить від її:
- Форми; Розміру; Матеріалу, з якого виготовлене дане тіло.
Сила пружності
Тепер, коли відомо, яка формула виражає закон Гука, необхідно розібратися в його основній величині. Основною величиною є сила пружності. Вона з’являється в певний момент, коли тіло починає деформуватися, наприклад, коли пружина стискається або розтягується. Вона спрямована в протилежний бік від сили тяжіння. Коли сила пружності і сила тяжіння, які діють на тіло, стають рівними, опора і тіло зупиняються.
Деформація – це незворотні зміни, які відбуваються з розмірами тіла і його формою.
Вона пов’язана з переміщенням частинок щодо один одного. Якщо людина сяде в м’яке крісло, то з кріслом відбудеться деформація, тобто зміняться його характеристики. Деформація буває різних типів:
- Вигин; Розтягнення; Стиснення; Зрушення; Крутіння.
Так як сила пружності відноситься за своїм походженням до електромагнітних сил, слід знати, що виникає вона через те, що молекули й атоми – найменші частинки, з яких складаються всі тіла, притягуються один до одному і відштовхуються один від одного.
Якщо відстань між частинками дуже мала, значить, на них впливає сила відштовхування. Якщо ж цю відстань збільшити, то на них буде діяти сила тяжіння.
Таким чином, різниця сил тяжіння і сил відштовхування проявляється в силах пружності.
Сила пружності включає в себе силу реакції опори і вагу тіла. Сила реакції представляє особливий інтерес. Це така сила, яка діє на тіло, коли його кладуть на будь-яку поверхню. Якщо ж тіло підвішене, то силу, яка діє на нього, називають, силою натягу нитки.
Особливості сил пружності
Як ми вже з’ясували, сила пружності виникає при деформації і спрямована вона на відновлення первісних форм і розмірів строго перпендикулярно до деформованої поверхні. У сил пружності також є ряд особливостей:
- Вони виникають під час деформації; Вони з’являються у двох тіл, які деформуються одночасно; Вони знаходяться перпендикулярно поверхні, по відношенню до якої тіло деформується. Вони протилежні за напрямком зсуву частинок тіла.
Застосування закону на практиці
Закон Гука застосовується як в технічних і високотехнологічних пристроях, так і в самій природі. Наприклад, сили пружності зустрічаються в:
- Годинникових механізмах; Амортизаторах на транспорті; Канатах; Гумках; Людських кістках.
Принцип закону Гука лежить в основі динамометра – приладу, за допомогою якого вимірюють Силу.
(2 votes, average: 2.50 out of 5)