V-kosmose.com

Что такое закон Гука?

Физика > Что такое закон Гука?

Что такое закон Гука?

Закон силы и упругости Гука при растяжении и сжатии: определение и презентация с фото и схемами, формулировка закона, как происходит деформация упругости.

Пружина стала настоящим чудом для инженерии и креативности. Прежде всего, она представлена в большом разнообразии: сжатая, удлиненная, закрученная, катушка и т.д. Все они предназначены для различных функций, которые помогают создать новые объекты. Можно сказать, что пружина сыграла одну из важнейших ролей в научной революции 17-18-х вв.

Пружина - эластичный механизм, хранящий механическую энергию, что позволяет использовать его в автомобилях, часах, ловушках для крыс, цифровых устройствах, ну и знаменитая Слинки. Конечно, прежде всего, было важно разобраться в механике ее действия, то есть изучить эластичность и скрученность. Все это функционирует в законе силы и упругости Гука для деформации при растяжении и сжатии. Давайте посмотрим, как он формулируется.

Закон Гука, как принцип физики, утверждает: сила, которую прикладывают для сжатия пружины на некоторую дистанцию, пропорциональная этой дистанции. Этот закон вывел Роберт Гук в 17 веке. Ему хотелось показать связь между силами и эластичностью пружинки.

Впервые в виде латинской анаграммы закон появился в 1660-м году, а более детальное объяснение опубликовал в 1678 году. Математически формула закона Гука выглядит как F= -kX. F – примененная сила к пружине, Х – смещение пружины с отрицательным значением, а k – постоянная пружины, показывающая уровень ее жесткости.

Можно воспринимать механический закон как первый классический пример трактовки эластичности – свойство, заставляющее объект или вещество возвращать изначальную форму (восстанавливающая сила).

Также закон применяют в любой ситуации, где есть момент деформации упругого тела (надувание шара, растягивание резиновой ленты и т.д.). Ниже представлена презентация силы действия упругости закона Гука на схеме.

Иллюстрация закона Гука (1678)

Иллюстрация закона Гука (1678)

Важнее всего то, что закон несет в себе широкое поле для практического применения. Это позволило изобрести балансное колесо, что привело к появлению механических часов, пружинной шкалы, ручных часов, манометра.

Но этот закон (как и большинство в классической механике) функционирует в ограниченной системе отчета. Предмет не может сжаться до минимального размера без постоянной деформации. Многие материалы существенно отклонятся от закона Гука еще перед достижением пределов упругости.

Однако он совместим с законами Ньютона и статистическим равновесием. В совокупности они демонстрируют связь между силой и деформацией.

Балансовое колесо (1) и регулятор (2) в будильнике 1950-х гг

Балансовое колесо (1) и регулятор (2) в будильнике 1950-х гг

Это также замечательный пример первого закона термодинамики. При сжатии или растягивании пружина практически полностью сохраняет приложенную к ней энергию. Определенная часть теряется из-за трения.

Внутри закона есть волнообразная периодическая функция. Если пружины освободить из состояния деформация, то она вернется в исходное положение. Можно вычислить частоту движения волны.

Современная теория эластичности – обобщенная версия закона Гука. Она говорит, что деформация упругого объекта пропорциональна приложенному напряжению. Но в напряжении и деформации могут присутствовать независимые компоненты, поэтому коэффициент пропорциональности может быть только одним реальным числом.