✅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.

Математичнй запис закону виглядає так:

Формула закону Гука

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.

формула жорсткості тіла

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.

Оскільки 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 одного і відштовхуються один від одного.

✅Закон Гука — формула і визначення1

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 містить 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, щодо 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.

Посилання на основну публікацію