Пролеће је чудо људског инжењерства и креативности. Ове функције заузврат омогућавају стварање многих објеката које је створио човек, од којих је већина настала као део научне револуције током касних 17. и 18. века.
Као еластични предмет који се користи за складиштење механичке енергије, апликације за њих су обимне, што омогућава такве ствари као што су систем вешања у аутомобилима, сатови за клатно, марамице за руке, играчке за навијање, сатови, замке за штакоре, дигитални микромиррор уређаји и, наравно, , Слинки.
Као и многи други уређаји измишљени током векова, потребно је основно разумевање механике да би се могла широко користити. Што се тиче опруга, то значи разумевање закона еластичности, торзије и силе који долазе у игру - који су заједно познати као Хоокеов закон.
Хуков закон је принцип физике који каже да је сила потребна за продуљење или стискање опруге с неке удаљености пропорционална тој удаљености. Закон је назван по британском физичару из 17. века Роберту Хоокеу, који је желео да докаже однос између сила које се примењују на опругу и њене еластичности.
Први је закон изјавио 1660. године као латински анаграм, а затим је решење објавио 1678. године ут тенсио, сиц вис - што у преводу значи "као продужетак, тако је и сила" или "продужење пропорционално сили").
То се може математички изразити као Ф = -кКс, где Ф да ли је сила примењена на опругу (било у облику напрезања или напрезања); Икс помицање опруге, с негативном вриједношћу која показује да је помицање опруге једном када се истеже; и к је константна опруга и детаље колико је тврда.
Хоокеов закон је први класични пример објашњења еластичности - што је својство предмета или материјала због чега га враћа назад у првобитни облик након изобличења. Ова способност да се врати у нормалан облик након доживљавања изобличења може се назвати „обновљивом силом“. Разумена по Хоокеовом закону, ова обнављавајућа сила је генерално пропорционална количини коју су „истегли“ доживели.
Поред управљања понашањем опруга, Хоокеов закон се такође примењује у многим другим ситуацијама када је еластично тело деформисано. Они могу укључивати било шта, од надувавања балона и повлачења гуменом врпцом до мерења количине силе ветра која је потребна да се савија савијање високе зграде.
Овај закон имао је много важних практичних примена, од којих је једна била израда балансног точка, што је омогућило стварање механичког сата, преносивог часовника, опружне ваге и манометра (ака манометар). Такође, јер је то приближна обрада свих чврстих тела (све док су силе деформације довољно мале), бројне гране науке и инжењерства такође су дужне Хоокеу да дође до овог закона. Они укључују дисциплине сеизмологије, молекуларне механике и акустике.
Међутим, као и већина класичних механика, Хоокеов закон делује само у ограниченом референтном оквиру. Будући да ниједан материјал не може бити компримован изнад одређене минималне величине (или се протеже изнад максималне величине) без трајне деформације или промене стања, он се примењује само док је укључена ограничена количина силе или деформације. У ствари, многи материјали ће приметно одступити од Хоокеовог закона много пре него што се достигну те еластичне границе.
Ипак, у свом општем облику, Хоокеов закон је компатибилан са Невтоновим законима статичке равнотеже. Заједно омогућавају да се закључи однос између напрезања и напрезања за сложене предмете у погледу унутрашњих материјала својстава од којих су направљени. На пример, може се закључити да ће се хомогена шипка с уједначеним пресеком понашати попут једноставне опруге када се истеже, са крутошћу (к) директно пропорционалан с његовом површином пресека и обрнуто пропорционалан његовој дужини.
Још једна занимљивост Хоокеовог закона је да је он савршен пример Првог закона термодинамике. Свако пролеће када се компримира или продужи готово савршено чува енергију која се на њега примени. Једина изгубљена енергија је због природног трења.
Поред тога, Хоокеов закон садржи у себи периодичну функцију налик таласу. Опруга која се ослобађа из деформираног положаја враћаће се у првобитни положај с пропорционалном снагом више пута у периодичној функцији. Таласна дужина и фреквенција покрета се такође могу посматрати и израчунати.
Савремена теорија еластичности је генерализована варијација Хоокеовог закона, која каже да су напрезање / деформација еластичног предмета или материјала пропорционалне напону који је на њега подложен. Међутим, пошто генерални напони и напрезања могу имати више независних компоненти, „фактор пропорционалности” више не може бити само један реални број.
Добар пример за то би био када се бавимо ветром, где напрезање варира у интензитету и смеру. У случајевима попут ових, најбоље је користити линеарну мапу (ака тензор) која се може представити матрицом реалних бројева уместо једне вредности.
Ако сте уживали у овом чланку, у часопису Спаце Магазине уживаће и неколико других. Ево једног о доприносу сер Исака Невтона у многим областима науке. Ево занимљивог чланка о гравитацији.
Постоје и сјајни ресурси на мрежи, попут овог предавања о Хоокеовом закону које можете гледати на ацадемицеартх.орг. На сајту ховстуффворкс.цом такође постоји сјајно објашњење еластичности.
Такође можете да послушате епизоду 138, Квантна механика из Астрономи Цаст-а за више информација.
Извори:
Хиперфизика
Физика 24/7
