Закон Гука

Закон Гука был открыт в 17 веке англичанином Робертом Гуком. Это открытие о растяжении пружины является одним из законов теории упругости и играет важную роль в науке и технике.

Определение и формула закона Гука

Формулировка этого закона такова: сила упругости, возникающая в момент деформации тела, пропорциональна удлинению тела и направлена ​​в сторону, противоположную движению частиц этого тела относительно других частиц при деформации.

Математическая запись закона выглядит так:

Рис. 1. Формула закона Гука

где Fupr — сила упругости, соответственно x — удлинение тела (расстояние, на которое изменяется начальная длина тела) и k — коэффициент пропорциональности, называемый жесткостью тела. Сила измеряется в ньютонах, а длина тела измеряется в метрах.

Для раскрытия физического смысла жесткости необходимо в формулу закона Гука подставить единицу, в которой измеряется удлинение — 1 м, предварительно получив выражение для k.

Рис. 2. Формула жесткости тела

Эта формула показывает, что жесткость тела численно равна силе упругости, возникающей в теле (пружине) при деформации 1 м. Известно, что жесткость пружины зависит от ее формы, размеров и материала, из которого изготовлено это тело.

Сила упругости

Теперь, когда мы знаем, какую формулу выражает закон Гука, необходимо понять его основное значение. Основной величиной является сила упругости. Он появляется в определенный момент, когда тело начинает деформироваться, например, при сжатии или растяжении пружины. Она направлена ​​в сторону, противоположную силе тяжести. Когда сила упругости и сила тяжести, действующие на тело, равны, опора и тело останавливаются.

Деформация – необратимое изменение, происходящее с размерами тела и его формой. Они связаны с движением частиц относительно друг друга. Если человек сядет в кресло, кресло деформируется, то есть изменятся его характеристики. Она может быть разных видов: изгиб, растяжение, сжатие, сдвиг, кручение.

Поскольку сила упругости изначально относится к электромагнитным силам, следует знать, что она возникает из-за того, что молекулы и атомы, мельчайшие частицы, из которых состоят все тела, притягиваются и отталкиваются друг от друга. Если расстояние между частицами очень мало, то на них действует сила отталкивания. Если это расстояние увеличить, то на них будет действовать сила притяжения. Таким образом, различие между силами притяжения и отталкивания проявляется в силах упругости.

Сила упругости включает в себя силу реакции опоры и вес тела. Особый интерес представляет сила реакции. Это сила, действующая на тело, когда оно находится на поверхности. Если тело подвешено, то сила, действующая на него, называется силой натяжения струны.

Особенности сил упругости

Как мы уже выяснили, сила упругости возникает при деформации и направлена ​​на восстановление первоначальных форм и размеров строго перпендикулярно деформируемой поверхности. Силы упругости также имеют ряд характеристик.

• возникают при деформации;
• они возникают одновременно в двух деформируемых телах;
• они перпендикулярны поверхности, относительно которой деформируется тело.
• направлены в сторону, противоположную перемещению частиц тела.

Применение закона на практике

Закон Гука применим как к высокотехнологичным и техническим устройствам, так и к самой природе. Например, упругие силы обнаруживаются в часовых механизмах, в автомобильных амортизаторах, в струнах, в резиновых лентах и ​​даже в человеческих костях. Принцип закона Гука лежит в основе динамометра, устройства, с помощью которого измеряется сила.

Рис. 3. Динамометр