เราอธิบายว่ากฎของฮุคคืออะไร สูตรและการประยุกต์ใช้ในด้านวิศวกรรมและสถาปัตยกรรม วิธีคำนวณความยืดหยุ่นด้วย
กฎของฮุคคืออะไร?
กฎความยืดหยุ่นของฮุก หรือเพียงแค่กฎของฮุค เป็นหลักทางกายภาพเกี่ยวกับพฤติกรรมยืดหยุ่นของ แข็ง. สูตรนี้คิดค้นขึ้นในปี ค.ศ. 1660 โดยนักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ โรเบิร์ต ฮุค ผู้ร่วมสมัยของไอแซก นิวตันผู้โด่งดัง
กฎข้อนี้ตามทฤษฎีคือ การกระจัด หรือการเสียรูปที่เกิดจากวัตถุที่อยู่ภายใต้a บังคับจะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับแรงเสียรูปหรือโหลด นั่นคือ ยิ่งมีแรงมากเท่าใด การเสียรูปหรือการกระจัดก็จะยิ่งมากขึ้น หรือตามที่ฮุคกำหนดไว้เป็นภาษาละติน: Ut tensio sic vis ("ชอบส่วนขยายดังนั้นแรง")
กฎของฮุคมีความสำคัญอย่างยิ่งในด้านต่างๆ เช่น ทางกายภาพ และการศึกษาสปริงยืดหยุ่น (การสาธิตบ่อยที่สุดของเขา) เป็นแนวคิดพื้นฐานสำหรับวิศวกรรมและสถาปัตยกรรม การก่อสร้าง และ ออกแบบเพราะมันช่วยให้มองเห็นวิธีการที่แรงเป็นเวลานานหรือ a น้ำหนัก จะเปลี่ยนขนาดของวัตถุใน สภาพอากาศ.
กฎหมายฉบับนี้ว่ากันว่าได้รับการตีพิมพ์โดย Hooke ในรูปแบบของแอนนาแกรมลึกลับ (ceiiinosssttuv) ซึ่งคำสั่งภาษาละตินของกฎหมายของเขาสามารถสร้างใหม่ได้ เพราะเขากลัวว่าอาจมีใครบางคนเข้าครอบครองการค้นพบของเขาอย่างผิดกฎหมาย อย่างไรก็ตาม สองสามปีต่อมา เขาเปิดเผยการค้นพบของเขาต่อสาธารณะ
สูตรกฎของฮุคสำหรับสปริง
สูตรทั่วไปสำหรับกฎของฮุกมีดังนี้:
F = -k. ΔL
ที่ไหน:
- F คือแรงเสียรูป
- ΔL คือความผันแปรที่ ระยะเวลา ของสปริงไม่ว่าจะเป็นแบบอัดหรือแบบยืด
- k เป็นค่าคงที่ของสัดส่วนที่รับบัพติศมาเป็น ค่าคงที่สปริง, โดยทั่วไปแสดงเป็นนิวตันมากกว่าเมตร (N / m)
ในการคำนวณ ΔL นั่นคือ การเสียรูปของวัตถุ จำเป็นต้องทราบความยาวเริ่มต้น (L0) และความยาวสุดท้าย (Lf)
ดูสิ่งนี้ด้วย:ความยืดหยุ่นในวิชาฟิสิกส์
การประยุกต์ใช้กฎหมายของฮุก
กฎของฮุคมีประโยชน์อย่างยิ่งในทุกด้านที่ ความรู้ เต็มไปด้วยความยืดหยุ่นของวัสดุ วิศวกรรม, สถาปัตยกรรม และการก่อสร้างคือ สาขาวิชา ที่มีการใช้งานบ่อยที่สุด
ตัวอย่างเช่น กฎหมายนี้อนุญาตให้เราคาดการณ์ผลกระทบที่น้ำหนักของรถยนต์จะมีต่อสะพานและวัสดุที่ใช้ทำสะพาน (เช่น โลหะ). นอกจากนี้ยังช่วยในการคำนวณพฤติกรรมของเครื่องสูบลมหรือชุดสปริง ภายในเครื่องจักรหรืออุปกรณ์อุตสาหกรรมเฉพาะ
การประยุกต์ใช้กฎของฮุกที่เป็นที่รู้จักมากที่สุดคือการพัฒนาไดนาโมมิเตอร์: อุปกรณ์ที่ประกอบด้วยสปริงและมาตราส่วนที่ช่วยให้วัดแรงแบบสเกลาร์ได้
กฎของฮุคและความยืดหยุ่น
การนำกฎของฮุคมาคำนวณ ความยืดหยุ่น แตกต่างกันไปไม่ว่าจะเป็นสปริงหรือ แข็ง ยืดหยุ่น
ในการคำนวณความยืดหยุ่นของสปริง ใช้ "สมการสปริง" ซึ่งเป็นวิธีทั่วไปที่สุดในการกำหนดสูตรของกฎของฮุค (แบบเดียวกับที่เรานำเสนอข้างต้น: F = -k. ΔL)
เมื่อทราบค่าคงที่สปริง k และมวลของวัตถุที่เชื่อมต่อกับสปริง ความถี่เชิงมุมของการสั่นของสปริง (ω) สามารถคำนวณได้ด้วยสูตรต่อไปนี้:
ω = √k / m
ในทางกลับกัน ในการคำนวณความยืดหยุ่นของของแข็งยืดหยุ่น กฎของสปริงจะต้องมีลักษณะทั่วไป เนื่องจากการกระจายของความเครียดในร่างกายของพวกมันนั้นซับซ้อนกว่าเครื่องสูบลมมาก
ด้วยเหตุนี้ จึงใช้สมการ Lamé-Hook ซึ่งมีสูตรเฉพาะสำหรับของแข็งแต่ละชนิดตามรูปร่างเฉพาะ: หนึ่งมิติ ไอโซทรอปิกสามมิติ หรือออร์โธโทรปิกสามมิติ แต่สิ่งเหล่านี้เป็นวิชาที่ต้องการความซับซ้อนและรายละเอียดทางเทคนิคมากกว่ามาก