Hooke törvénye • James Trefil, enciklopédia "A világegyetem kétszáz törvénye"

Hooke törvénye

Képzeld el, hogy egy rugalmas rugó egyik végét veszi fel, amelynek másik vége fix, és elkezd húzni vagy tömöríteni. Minél többet szorítja a rugó vagy nyújtja, annál inkább ellenáll. Ennek az elvnek megfelelően van elrendezve, hogy bármilyen rugós mérleg van elrendezve – legyen szó akár kopár (a rugó nyúlik benne) vagy platformrugós mérlegek (a rugó tömörítve). Mindenesetre a rugó ellensúlyozza a deformációt a terhelés súlyának hatása alatt, és a súlyozott tömeg gravitációs vonzerejét a Földre kiegyensúlyozza a rugó rugalmasságának ereje. Ennek köszönhetően meg tudjuk mérni a tárgyak tömegét, amelyet a rugó végének a normál pozíciótól való eltéréséből kell lemérni.

Robert Hooke vállalta az első, valóban tudományos kutatást az elasztikus nyújtható és komprimáló anyagok folyamatáról. Kezdetben az ő tapasztalatai szerint még egy rugót sem használt, hanem egy karaktersorozatot, amely azt mérte, mennyire hosszúkásodik ki az egyik végére alkalmazott különböző erők hatása, míg a másik végét mereven rögzíti. Megfigyelte, hogy egy bizonyos korlátig a sztring szigorúan megnyúlik az alkalmazott erő nagyságával arányosan,amíg el nem éri a rugalmas nyújtás (rugalmasság) korlátját, és nem kezd visszafordíthatatlan nemlineáris deformációvá válni (cm. alább). Egy egyenlet formájában a Hooke-törvény a következő formában íródott:

F = -kx

ahol F – a szál rugalmas ellenállásának ereje x – lineáris feszültség vagy kompresszió, és k – az úgynevezett rugalmassági együtthatója. Minél magasabb kannál nehezebb a zsinór és annál nehezebb nyújtani vagy tömöríteni. A mínusz jel a képletben azt jelzi, hogy a sztring ellensúlyozza a deformációt: a nyújtásnál általában csökken, és tömörítve – egyenesítésre.

Hooke törvénye képezte a mechanika szakasza alapját, amelyet elméletnek neveznek rugalmasságát. Kiderült, hogy sokkal szélesebb körű alkalmazásai vannak, mivel a szilárd atomok úgy viselkednek, mintha húrok kapcsolódnának össze, vagyis elasztikusan rögzíthetők egy ömlesztett kristályrácsban. Így egy elasztikus anyag enyhe elasztikus deformációjával a cselekvő erőket Hooke-törvény írja le, de valamivel összetettebb formában. A rugalmasság elméjében a Hooke törvénye a következő formát öltheti:

σ/η = E

ahol σmechanikai igénybevétel (a test keresztirányú keresztmetszetére alkalmazott speciális erő), η – a vonal viszonylagos megnyúlása vagy tömörítése, és E – az úgynevezett Fiatal modulusvagy rugalmassági modulus ugyanolyan szerepet játszik, mint a rugalmasság koefficiense k. Az anyag tulajdonságaitól függ, és meghatározza, hogy a test rugalmas deformáció alatt nyúlik-e vagy csökken, egy mechanikai igénybevétel hatására.

Tény, hogy Thomas Jung sokkal ismertebb a tudományban, mint a fény hullámosságának elméletének egyik támogatója, aki egy meggyőző kísérletet dolgozott ki, hogy egy fénysugarat két gerendára osztott, hogy megerősítse (cm. A komplementaritás és a beavatkozás elve), amely után senki sem merte kétségét a fény hullámelmélete hűségével kapcsolatban (bár Jung soha nem tudta elképzeléseit szigorúan matematikai formába hozni). Általánosságban elmondható, hogy a Young modulusa három olyan mennyiség közül, amely lehetővé teszi egy szilárd anyag reakcióját egy hozzávetőlegesen alkalmazott külső erőre. A második offset modul (azt írja le, hogy az anyag mennyi az elmozdulása egy olyan erő hatására, amelyet a felülethez tapintóan alkalmaznak), és a harmadik poisson arány (leírja, hogy a test keményebbé válik-e vékonyabb állapotban). Az utóbbit a francia matematikus, Simeon Denis Poisson (Siméon-Denis Poisson, 1781-1840) nevezik el.

Persze, Hooke törvénye, még egy továbbfejlesztett Jung alakban sem írja le mindazt, ami egy szilárd anyaggal történik a külső erők hatása alatt. Képzelj el egy gumiszalagot. Ha túlságosan nem húzódik meg, akkor a rugalmas feszültség visszatér a gumi szalag oldalától, és amint felengedi, azonnal felveszi és megragadja korábbi formáját. Ha tovább nyújtja a gumiszalagot, előbb-utóbb elveszíti rugalmasságát, és érezni fogja, hogy a nyújtással szembeni ellenállóképessége gyengült. Tehát átállította az úgynevezett rugalmas korlát anyag. Ha továbbra is húzza a gumit, egy idő után megszakad, és az ellenállás teljesen eltűnik – átment az ún. töréspont.

Más szóval, Hooke törvénye csak viszonylag kis összenyomódásokra vagy remegésekre érvényes. Mindaddig, amíg az anyag megtartja rugalmasságát, a deformációs erők arányosak a nagyságrendjével, és lineáris rendszerrel dolgozik – egyenlő deformációs növekmény felel meg az alkalmazott erő mindegyik egyenlő növekményének. Érdemes gumiabroncsot húzni rugalmas korlát, és az anyagban lévő interatomikus kötések-rugók gyengülnek először, majd megszakadnak, és az egyszerű lineáris Hooke-egyenlet már nem leírja, mi történik. Ebben az esetben szokásos azt mondani, hogy a rendszer vált nemlineáris. Napjainkban a nemlineáris rendszerek és folyamatok tanulmányozása a fizika egyik legfontosabb fejlődési iránya.

Robert Guk
Robert Hooke, 1635-1703

Angol fizikus. A Wight-szigeten édesvízben született egy papi családban, majd az Oxfordi Egyetemen végzett. Miközben az egyetemen tartózkodott, Robert Boyle laboratóriumi munkatársaként dolgozott, segítve ez utóbbinak egy olyan vákuumszivattyút építeni, amelyben Boyle-Mariotte törvényt fedeztek fel. Isaac Newton kortársaként aktívan részt vett a Királyi Társulat munkájában, és 1677-ben ott tartózkodott a tudományos titkár posztján. Mint sok más tudós is, Robert Hooke a természettudomány különböző területei iránt érdeklődött, és hozzájárult számos ember fejlődéséhez. "Micrography" című monográfiájában (micrographia) számos vázlatot tett közzé az élő szövetek és más biológiai minták mikroszkopikus szerkezetéről, és először bemutatta az "élő sejt" modern koncepcióját.A geológiában elsőként felismerte a geológiai formációk fontosságát, és a történelemben elsőként foglalkozott a természeti katasztrófák tudományos tanulmányozásával (cm. Uniformitarianizmusnak). Ő volt az első, aki feltételezi, hogy a testek közötti gravitációs attrakció erőssége a köztük lévő távolság négyzetének arányában csökken, és ez a Newton világi törvényének kulcsfontosságú összetevője, és életük végéig megkérdőjelezték egymást, hogy úttörőnek nevezzék. Végül Hooke kifejlesztett és személyesen megteremtette számos fontos tudományos mérőeszközt – és sokan hajlamosak látni ezt, mivel ez főleg hozzájárul a tudomány fejlődéséhez. Különösen az volt az első, aki két vékony filamentumot a mikroszkóp okulárába helyezett, először javasolta, hogy a víz fagyáspontját a nullára állítsa, és kitalált univerzális csuklót is (kardáncsukló).


Like this post? Please share to your friends:
Vélemény, hozzászólás?

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: