Mùa xuân là một điều kỳ diệu của kỹ thuật và sáng tạo của con người. Các chức năng này lần lượt cho phép tạo ra nhiều vật thể nhân tạo, hầu hết chúng nổi lên như một phần của Cách mạng Khoa học trong cuối thế kỷ 17 và 18.
Là một vật thể đàn hồi được sử dụng để lưu trữ năng lượng cơ học, các ứng dụng cho chúng rất rộng lớn, tạo ra những thứ như hệ thống treo ô tô, đồng hồ quả lắc, tay cầm, đồ chơi gió, đồng hồ, bẫy chuột, thiết bị micromirror kỹ thuật số, và tất nhiên , Slinky.
Giống như rất nhiều thiết bị khác được phát minh qua nhiều thế kỷ, một sự hiểu biết cơ bản về cơ học là cần thiết trước khi nó có thể được sử dụng rộng rãi như vậy. Về mặt lò xo, điều này có nghĩa là hiểu được các quy luật đàn hồi, xoắn và lực đi vào hoạt động - mà cùng được gọi là Luật Hooke, Luật.
Định luật Hooke lề là một nguyên lý vật lý nói rằng lực cần thiết để kéo dài hoặc nén một lò xo theo một khoảng cách nào đó tỷ lệ thuận với khoảng cách đó. Luật này được đặt theo tên của nhà vật lý người Anh thế kỷ 17 Robert Hooke, người đã tìm cách chứng minh mối quan hệ giữa các lực được áp dụng cho một lò xo và độ đàn hồi của nó.
Đầu tiên, ông tuyên bố luật năm 1660 dưới dạng đảo chữ Latinh, và sau đó công bố giải pháp năm 1678 là ut tenio, sic vis - trong đó dịch, có nghĩa là một phần mở rộng, do đó, lực lượng hay phần mở rộng tỷ lệ thuận với lực lượng).
Điều này có thể được biểu thị bằng toán học như F = -kX, Ở đâu F là lực tác dụng lên lò xo (ở dạng căng thẳng hoặc căng thẳng); X là sự dịch chuyển của lò xo, với giá trị âm chứng tỏ rằng sự dịch chuyển của lò xo một khi nó bị kéo dài; và k là hằng số mùa xuân và chi tiết nó cứng như thế nào.
Định luật Hooke nhiệt là ví dụ cổ điển đầu tiên về giải thích tính đàn hồi - là thuộc tính của vật thể hoặc vật liệu khiến nó được khôi phục về hình dạng ban đầu sau khi bị biến dạng. Khả năng này để trở lại hình dạng bình thường sau khi trải qua biến dạng có thể được gọi là một lực phục hồi của vua. Hiểu theo nghĩa của Luật Hooke, luật phục hồi này nói chung tỷ lệ thuận với số lượng của căng căng trên kinh nghiệm.
Ngoài việc điều chỉnh hành vi của lò xo, Luật Hooke còn còn áp dụng trong nhiều tình huống khác khi cơ thể đàn hồi bị biến dạng. Chúng có thể bao gồm bất cứ thứ gì từ bơm phồng một quả bóng và kéo dây cao su đến đo lượng gió cần thiết để làm cho một tòa nhà cao uốn cong và lắc lư.
Định luật này đã có nhiều ứng dụng thực tế quan trọng, với việc tạo ra một bánh xe cân bằng, có thể tạo ra đồng hồ cơ, đồng hồ xách tay, thang đo lò xo và áp kế (hay còn gọi là đồng hồ đo áp suất). Ngoài ra, vì nó là một xấp xỉ gần đúng của tất cả các vật thể rắn (miễn là các lực biến dạng đủ nhỏ), nhiều ngành khoa học và kỹ thuật cũng mắc nợ Hooke vì đã đưa ra luật này. Chúng bao gồm các ngành địa chấn, cơ học phân tử và âm học.
Tuy nhiên, giống như hầu hết các cơ học cổ điển, Luật Hooke từ chỉ hoạt động trong một khung tham chiếu hạn chế. Bởi vì không có vật liệu nào có thể được nén vượt quá một kích thước tối thiểu nhất định (hoặc kéo dài vượt quá kích thước tối đa) mà không có một số biến dạng hoặc thay đổi trạng thái vĩnh viễn, nên nó chỉ được áp dụng miễn là có một lượng lực hoặc biến dạng giới hạn. Trên thực tế, nhiều vật liệu sẽ đi lệch đáng kể so với luật Hooke, trước khi đạt đến các giới hạn đàn hồi đó.
Tuy nhiên, ở dạng chung, Định luật Hooke Tương thích với các định luật cân bằng tĩnh của Newton. Cùng nhau, họ làm cho có thể suy ra mối quan hệ giữa căng thẳng và căng thẳng đối với các đối tượng phức tạp về mặt vật liệu nội tại của các tính chất mà nó được tạo ra. Ví dụ, người ta có thể suy luận rằng một thanh đồng nhất có tiết diện đồng đều sẽ hoạt động giống như một lò xo đơn giản khi kéo dài, với độ cứng (k) tỷ lệ thuận với diện tích mặt cắt ngang và tỷ lệ nghịch với chiều dài của nó.
Một điều thú vị khác về luật Hooke, đó là một ví dụ hoàn hảo về Định luật Nhiệt động lực học đầu tiên. Bất kỳ lò xo nào khi được nén hoặc kéo dài gần như hoàn toàn bảo tồn năng lượng áp dụng cho nó. Năng lượng duy nhất bị mất là do ma sát tự nhiên.
Ngoài ra, luật Hooke lề chứa trong nó một hàm tuần hoàn giống như sóng. Một lò xo được giải phóng từ một vị trí bị biến dạng sẽ trở về vị trí ban đầu với lực tỷ lệ lặp đi lặp lại trong một chức năng định kỳ. Bước sóng và tần số của chuyển động cũng có thể được quan sát và tính toán.
Lý thuyết đàn hồi hiện đại là một biến thể tổng quát của định luật Hooke, quy định rằng biến dạng / biến dạng của vật thể hoặc vật liệu đàn hồi tỷ lệ thuận với ứng suất tác dụng lên nó. Tuy nhiên, do các ứng suất và biến dạng chung có thể có nhiều thành phần độc lập, nên hệ số tỷ lệ có thể không còn chỉ là một số thực.
Một ví dụ điển hình cho điều này sẽ là khi đối phó với gió, nơi áp lực thay đổi theo cường độ và hướng. Trong những trường hợp như thế này, tốt nhất là sử dụng bản đồ tuyến tính (hay còn gọi là tenxơ) có thể được biểu diễn bằng một ma trận các số thực thay vì một giá trị đơn lẻ.
Nếu bạn thích bài viết này, có một số bài khác mà bạn sẽ thích trên Tạp chí Không gian. Đây là một về những đóng góp của Sir Isaac Newton cho nhiều lĩnh vực khoa học. Đây là một bài viết thú vị về trọng lực.
Ngoài ra còn có một số tài nguyên tuyệt vời trực tuyến, chẳng hạn như bài giảng về Luật Hooke này mà bạn có thể xem trên trang webearearth.org. Ngoài ra còn có một lời giải thích tuyệt vời về độ co giãn trên howthingworks.com.
Bạn cũng có thể nghe Tập 138, Cơ học lượng tử từ Cast Astronomy Cast để biết thêm thông tin.
Nguồn:
Siêu âm
Vật lý 24/7
