กฎของฮุค• James Trefil สารานุกรม "สองร้อยกฎแห่งจักรวาล"

กฎหมายของฮุค

ลองจินตนาการว่าคุณได้เอาปลายด้านหนึ่งของสปริงที่ยืดหยุ่นซึ่งปลายอีกด้านหนึ่งได้รับการแก้ไขและเริ่มยืดหรือบีบอัด ยิ่งคุณบีบน้ำในฤดูใบไม้ผลิหรือยืดตัวมากเท่าไหร่ก็ยิ่งต่อต้าน เป็นไปตามหลักการนี้ว่าเครื่องชั่งน้ำหนักสปริงใด ๆ ถูกจัดเรียงไว้ไม่ว่าจะเป็นเครื่องอัดลม (สปริงสปริง) หรือแท่นชั่งน้ำหนักสปริง (สปริงอัด) ไม่ว่าในกรณีใดฤดูใบไม้ผลิจะต่อต้านการเปลี่ยนรูปภายใต้อิทธิพลของน้ำหนักของภาระและแรงโน้มถ่วงที่ดึงดูดความสนใจของมวลที่ชั่งน้ำหนักให้กับโลกสมดุลด้วยแรงยืดหยุ่นของสปริง ด้วยเหตุนี้เราสามารถวัดมวลของวัตถุที่จะชั่งน้ำหนักโดยการเบี่ยงเบนจากปลายฤดูใบไม้ผลิจากตำแหน่งปกติ

การศึกษาทางวิทยาศาสตร์อย่างแท้จริงเป็นครั้งแรกเกี่ยวกับกระบวนการยืดและบีบอัดยางยืดเยื้อได้ดำเนินการโดย Robert Hooke ตอนแรกในประสบการณ์ของเขาเขาใช้ไม่ได้ฤดูใบไม้ผลิ แต่สายการวัดเท่าใดมันจะยาวภายใต้อิทธิพลของกองกำลังต่างๆที่ใช้กับปลายข้างหนึ่งของตนในขณะที่ปลายอื่น ๆ จะคง rigidly เขาค้นพบว่าถึงขีด จำกัด บางอย่างสายจะยืดอย่างเคร่งครัดในสัดส่วนกับขนาดของแรงที่ใช้,(ยืดหยุน) และไมไดรับการเปลี่ยนรูปที่ไมสามารถกลับคืนได (ซม. ด้านล่าง) ในรูปของสมการกฎของฮุคเขียนขึ้นในรูปแบบดังต่อไปนี้:

F = -kx

ที่ไหน F – ความแข็งแรงของความต้านทานความยืดหยุ่นของสตริง x – ความตึงเครียดเชิงเส้นหรือการบีบอัดและ k – ที่เรียกว่า สัมประสิทธิ์ความยืดหยุ่น. ที่สูงขึ้น kที่หนักขึ้นและยากที่จะยืดหรือบีบอัด เครื่องหมายลบในสูตรบ่งชี้ว่าสตริงจะขัดขวางการเปลี่ยนรูป: เมื่อยืดตัวมีแนวโน้มที่จะสั้นลงและเมื่อบีบอัด – ให้ตรง

กฎของฮุคเป็นพื้นฐานของส่วนกลศาสตร์ซึ่งเรียกว่าทฤษฎี ความยืดหยุ่น มันเปิดออกที่มีการใช้งานที่กว้างขึ้นมากเนื่องจากอะตอมในของแข็งประพฤติเช่นถ้าเชื่อมต่อโดยสายที่มีการแก้ไข elastically ในตาข่ายคริสตัลจำนวนมาก ดังนั้นด้วยความยืดหยุ่นยืดหยุ่นเล็กน้อยของวัสดุยืดหยุ่น, กองกำลังรักษาการจะอธิบายด้วยกฎหมายของฮุค แต่ในรูปแบบค่อนข้างซับซ้อนมากขึ้น ในทฤษฎีของความยืดหยุ่นกฎของฮุคใช้รูปแบบดังต่อไปนี้:

σ/η = E

ที่ไหน σความเครียดเชิงกล (แรงเฉพาะที่ใช้กับพื้นที่ขวางหน้าตัดขวางของร่างกาย), η – การยืดตัวหรือการบีบอัดของสายอักขระและ E – ที่เรียกว่า โมดูลัสของ Youngหรือ โมดูลัสยืดหยุ่น มีบทบาทเหมือนสัมประสิทธิ์ความยืดหยุ่น k มันขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของวัสดุและกำหนดวิธีการที่ร่างกายยืดหรือหดตัวระหว่างการเสียรูปยืดหยุ่นภายใต้อิทธิพลของความเครียดเชิงกลเดียว

ในความเป็นจริงโทมัสจังเป็นที่รู้จักกันดีในสาขาวิทยาศาสตร์ว่าเป็นหนึ่งในผู้สนับสนุนทฤษฎีคลื่นธรรมชาติของแสงผู้พัฒนาการทดลองที่น่าเชื่อในการแบ่งลำแสงออกเป็นสองคานเพื่อยืนยัน (ซม. หลักการของการเสริมและการแทรกแซง) หลังจากที่ไม่มีใครสงสัยเกี่ยวกับความจงรักภักดีของทฤษฎีคลื่นของแสง (แม้ว่าจุงไม่เคยคิดที่จะนำความคิดของเขาในรูปแบบทางคณิตศาสตร์ที่เข้มงวด) โดยทั่วไปค่าโมดูลัสของ Young คือหนึ่งในสามของปริมาณที่ทำให้สามารถอธิบายปฏิกิริยาของวัสดุที่เป็นของแข็งกับแรงภายนอกที่ใช้กับมันได้ ข้อที่สองคือ โมดูลชดเชย (อธิบายปริมาณสารที่ถูกแทนที่ภายใต้อิทธิพลของแรงที่สัมผัสกับผิวสัมผัส) และที่สาม อัตราส่วน poisson (อธิบายวิธีการที่ร่างกายจะกลายเป็นทินเนอร์เมื่อยืดออก) หลังได้รับการตั้งชื่อตามนักคณิตศาสตร์ชาวฝรั่งเศสชื่อ Simeon Denis Poisson (Siméon-Denis Poisson, 1781-1840)

แน่นอนกฎหมายของฮุคแม้จะอยู่ในรูปแบบของ Jung ที่ดีขึ้นไม่ได้อธิบายถึงทุกสิ่งทุกอย่างที่เกิดขึ้นภายใต้อิทธิพลของแรงภายนอก ลองนึกภาพยางรัด ถ้าไม่ยืดตัวมากเกินไปความตึงเครียดที่ยืดหยุ่นจะกลับมาจากด้านข้างของเทปยางและทันทีที่คุณปล่อยมันทันทีจะรวบรวมและใช้รูปเดิม ถ้าคุณยืดแถบยางต่อไปไม่ช้าก็เร็วมันจะสูญเสียความยืดหยุ่นและคุณจะรู้สึกว่าความแข็งแรงของความต้านทานที่จะยืดได้ลดลง ดังนั้นคุณจึงเปลี่ยนที่เรียกว่า ขีด จำกัด ยืดหยุ่น วัสดุ ถ้าคุณยังคงดึงยางหลังจากบางเวลามันจะแตกและความต้านทานจะหายไปอย่างสมบูรณ์ – คุณผ่านสิ่งที่เรียกว่า จุดพัก

กล่าวอีกนัยหนึ่งกฎหมายของฮุคถูกต้องสำหรับการบีบอัดหรือการขัดถูขนาดเล็กเท่านั้น ตราบเท่าที่สารยังคงรักษาสมบัติการยืดหยุ่นของตัวนี้แรงจากการเปลี่ยนรูปจะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับขนาดของมันและคุณกำลังเผชิญกับระบบเชิงเส้นนั่นคือการเพิ่มขึ้นของการเปลี่ยนรูปที่เท่ากันจะเท่ากับแรงกดที่เพิ่มขึ้นเท่ากัน เป็นมูลค่าการลากยางสำหรับ ขีด จำกัด ยืดหยุ่น, และพันธะระหว่างกัน – สปริงภายในสารลดลงก่อนแล้วแตกออกและสมการ Hooke แบบเส้นตรงจะสิ้นสุดลงเพื่ออธิบายสิ่งที่เกิดขึ้น ในกรณีนี้เป็นเรื่องปกติที่จะบอกว่าระบบได้กลายเป็น ไม่เชิงเส้น วันนี้การศึกษาระบบและกระบวนการเชิงเส้นเป็นหนึ่งในทิศทางหลักของการพัฒนาฟิสิกส์

Robert Guk
Robert Hooke, 1635-1703

นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ เกิดใน Freshwater on Isle of Wight ในครอบครัวนักบวชเขาจบการศึกษาจาก Oxford University ในขณะที่ยังเรียนอยู่ในมหาวิทยาลัยเขาทำงานเป็นผู้ช่วยในห้องปฏิบัติการของ Robert Boyle ช่วยสร้างเครื่องสูบสุญญากาศสำหรับติดตั้งซึ่งพบว่ากฎหมาย Boyle-Mariotte ถูกค้นพบ เขาเป็นคนร่วมสมัยของ Isaac Newton เขามีส่วนร่วมในงานของ Royal Society และในปี ค.ศ. 1677 เขาดำรงตำแหน่งเลขานุการการศึกษาที่นั่น เช่นเดียวกับนักวิทยาศาสตร์อื่น ๆ ในยุคนั้นโรเบิร์ตฮุคก็สนใจในสาขาวิทยาศาสตร์ธรรมชาติและมีส่วนร่วมในการพัฒนาหลาย ๆ ด้าน ในเอกสารของเขา "Micrography" (Micrographia) เขาได้เผยแพร่ภาพสเก็ตช์จำนวนมากเกี่ยวกับโครงสร้างจุลภาคของเนื้อเยื่อที่อาศัยและตัวอย่างทางชีวภาพอื่น ๆ และได้นำแนวคิดเรื่อง "เซลล์ที่มีชีวิต" มาใช้เป็นครั้งแรกในธรณีวิทยาเขาเป็นคนแรกที่ตระหนักถึงความสำคัญของการก่อตัวทางธรณีวิทยาและเป็นคนแรกในประวัติศาสตร์ที่มีส่วนร่วมในการศึกษาทางวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับภัยพิบัติทางธรรมชาติ (ซม. uniformitarianism) เขาเป็นหนึ่งในคนแรกที่ตั้งสมมติฐานว่าแรงดึงดูดระหว่างร่างกายลดลงตามสัดส่วนของระยะทางระหว่างพวกเขาและนี่เป็นองค์ประกอบสำคัญของกฎหมายของนิวตันทั่วโลกและจนถึงสิ้นชีวิตพวกเขาท้าทายกันและกันเพื่อเรียกเขาว่าเป็นผู้บุกเบิก ในที่สุดฮุคได้พัฒนาและสร้างเครื่องมือวัดทางวิทยาศาสตร์ที่สำคัญหลายตัวและหลายคนเห็นว่านี่เป็นส่วนสำคัญในการพัฒนาวิทยาศาสตร์ เขาเป็นคนแรกที่คิดถึงการวางกากบาทของเส้นใยบาง ๆ ในตาของกล้องจุลทรรศน์ครั้งแรกเสนอให้ใช้จุดเยือกแข็งของน้ำเป็นอุณหภูมิศูนย์และยังได้คิดค้นข้อต่อสากล (cardan joint)


Like this post? Please share to your friends:
ใส่ความเห็น

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: