Vi förklarar vad Hookes lag är, dess formel och dess tillämpningar inom teknik och arkitektur. Även hur elasticiteten beräknas.
Vad är Hookes lag?
Hookes lag om elasticitet, eller helt enkelt Hookes lag, är den fysiska principen kring det elastiska beteendet hos fast. Den formulerades 1660 av den brittiske vetenskapsmannen Robert Hooke, en samtida med den berömda Isaac Newton.
Den teoretiska föreskriften för denna lag är att förflyttning eller den deformation som ett föremål utsätts för en tvinga, kommer att vara direkt proportionell mot deformeringskraften eller belastningen. Det vill säga, ju större kraft, desto större deformation eller förskjutning, eller som Hooke själv formulerade det på latin: Ut tensio sic vis ("Som förlängningen, så kraften").
Hookes lag är extremt viktig inom olika områden, som t.ex fysisk och studiet av elastiska fjädrar (hans vanligaste demonstration). Det är ett grundläggande koncept för teknik och arkitektur, konstruktion och design, eftersom det gör det möjligt att förutse det sätt på vilket en förlängd kraft eller en vikt kommer att ändra dimensionerna på objekten i väder.
Denna lag sägs ha publicerats av Hooke i form av ett mystiskt anagram (ceiiinosssttuv), från vilket det latinska uttalandet om hans lag kan rekonstrueras, eftersom han var rädd för att någon olagligt skulle kunna ta hans upptäckt i besittning. Ett par år senare offentliggjorde han dock sina upptäckter.
Hooke's Law Formula for Springs
Den vanligaste formeln för Hookes lag är följande:
F = -k. ΔL
Var:
- F är den deformerande kraften
- ΔL är den variation som längd av fjädern, antingen en kompression eller förlängning.
- k är proportionalitetskonstanten döpt som fjäderkonstant, vanligtvis uttryckt i Newton över meter (N/m).
För att beräkna ΔL, det vill säga föremålets deformation, är det nödvändigt att känna till den initiala längden (L0) och den slutliga längden (Lf).
Se även:Elasticitet i fysik
Hookes lagansökningar
Hookes lag är extremt användbar inom alla de områden där kunskap full av materialens elastiska kapacitet. Teknik, arkitektur och konstruktion är discipliner där den används mest.
Till exempel tillåter denna lag oss att förutsäga effekten som bilars vikt kommer att ha på en bro och på de material som den är gjord av (som t.ex. metall). Det gör det också möjligt att beräkna beteendet hos en bälg eller en uppsättning fjädrar, inom en specifik maskin eller industriell enhet.
Den mest kända tillämpningen av Hookes lag är utvecklingen av dynamometrar: enheter som består av en fjäder och en skala som gör att krafter kan mätas skalärt.
Hookes lag och elasticitet
Tillämpningen av Hookes lag för att beräkna elasticitet varierar om det är fjädrar, eller fast elastisk.
För att beräkna fjädrarnas elasticitet används "fjäderekvationen", vilket är det mest allmänna sättet att ställa formeln för Hookes lag (samma som vi erbjöd ovan: F = -k. ΔL).
Genom att känna till fjäderkonstanten k och massan av föremålet som är anslutet till fjädern, kan fjäderns vinkelfrekvens (ω) beräknas med följande formel:
ω = √k / m
Å andra sidan, för att beräkna elasticiteten hos elastiska fasta ämnen, måste fjädrarnas lag generaliseras, eftersom fördelningen av spänningar i deras kroppar är mycket mer komplicerad än en bälg.
För detta används Lamé-Hooke-ekvationerna, som har specifika formler för varje fast ämne enligt dess specifika form: endimensionell, tredimensionell isotrop eller tredimensionell ortotropisk. Men det här är ämnen som kräver mycket mer komplex och teknisk bearbetning.