Vi forklarer hva Hookes lov er, dens formel og dens anvendelser innen ingeniørfag og arkitektur. Også hvordan elastisitet beregnes.
Hva er Hookes lov?
Hookes lov om elastisitet, eller ganske enkelt Hookes lov, er det fysiske prinsippet rundt den elastiske oppførselen til fast. Den ble formulert i 1660 av den britiske vitenskapsmannen Robert Hooke, en samtidig av den berømte Isaac Newton.
Den teoretiske forskriften til denne loven er at forskyvning eller deformasjonen påført av en gjenstand utsatt for en makt, vil være direkte proporsjonal med deformeringskraften eller belastningen. Det vil si, jo større kraft, jo større deformasjon eller forskyvning, eller som Hooke selv formulerte det på latin: Ut tensio sic vis ("Som forlengelsen, så kraften").
Hookes lov er ekstremt viktig på ulike felt, som f.eks fysisk og studiet av elastiske fjærer (hans hyppigste demonstrasjon). Det er et grunnleggende konsept for ingeniørfag og arkitektur, konstruksjon og design, siden det gjør det mulig å forutse hvordan en langvarig kraft eller en vekt vil endre dimensjonene til objektene i vær.
Denne loven sies å ha blitt publisert av Hooke i form av et mystisk anagram (ceiiinosssttuv), hvorfra den latinske erklæringen om loven hans kan rekonstrueres, fordi han var redd for at noen ulovlig kunne ta i besittelse av oppdagelsen hans. Et par år senere offentliggjorde han imidlertid funnene sine.
Hookes lovformel for Springs
Den vanligste formelen for Hookes lov er som følger:
F = -k. ΔL
Hvor:
- F er den deformerende kraften
- ΔL er variasjonen som lengde av fjæren, enten en kompresjon eller forlengelse.
- k er proporsjonalitetskonstanten døpt som fjærkonstant, generelt uttrykt i Newton over meter (N/m).
For å beregne ΔL, det vil si deformasjonen av objektet, er det nødvendig å vite startlengden (L0) og den endelige lengden (Lf).
Se også:Elastisitet i fysikk
Hookes lovsøknader
Hookes lov er ekstremt nyttig på alle de feltene der kunnskap full av den elastiske kapasiteten til materialer. Engineering, arkitektur og konstruksjon er disipliner der den brukes oftest.
For eksempel lar denne loven oss forutsi effekten som vekten av biler vil ha på en bro og på materialene den er laget av (som f.eks. metall). Den tillater også å beregne oppførselen til en belg eller et sett med fjærer, innenfor en bestemt maskin eller industriell enhet.
Den mest kjente anvendelsen av Hookes lov er utviklingen av dynamometre: enheter som består av en fjær og en skala som gjør at krefter kan måles skalært.
Hookes lov og elastisitet
Anvendelsen av Hookes lov for å beregne elastisitet varierer om det er fjærer, eller fast elastisk.
For å beregne elastisiteten til fjærene, brukes "fjærligningen", som er den mest generelle måten å sette formelen til Hookes lov på (den samme som vi tilbød ovenfor: F = -k. ΔL).
Når du kjenner til fjærkonstanten k og massen til objektet som er koblet til fjæren, kan vinkelfrekvensen for oscillasjon av fjæren (ω) beregnes med følgende formel:
ω = √k / m
På den annen side, for å beregne elastisiteten til elastiske faste stoffer, må loven om fjærer generaliseres, siden fordelingen av stress i kroppene deres er mye mer komplisert enn en belg.
For dette brukes Lamé-Hooke-ligningene, som har spesifikke formler for hvert fast stoff i henhold til dens spesifikke form: endimensjonal, tredimensjonal isotropisk eller tredimensjonal ortotropisk. Men dette er emner som krever mye mer komplisert og teknisk utdypning.