نشرح ما هو قانون هوك ، وصيغته وتطبيقاته في الهندسة والعمارة. أيضا ، كيف يتم حساب المرونة.
ما هو قانون هوك؟
قانون مرونة هوك ، أو ببساطة قانون هوك ، هو المبدأ المادي حول السلوك المرن لـ صلب. تمت صياغته في عام 1660 من قبل العالم البريطاني روبرت هوك ، المعاصر لإسحاق نيوتن الشهير.
المبدأ النظري لهذا القانون هو أن الإزاحة أو التشوه الذي يعاني منه شيء خاضع لـ فرض، سوف يتناسب طرديا مع القوة المشوهة أو الحمولة. أي أنه كلما زادت القوة ، زاد التشوه أو الإزاحة ، أو كما صاغها هوك نفسه باللاتينية: كذا من التوتر ("مثل التمديد ، وبالتالي فإن القوة").
قانون هوك مهم للغاية في مختلف المجالات ، مثل جسدي - بدني ودراسة الزنبركات المرنة (أكثر مظاهره تكرارا). إنه مفهوم أساسي للهندسة والعمارة والبناء و التصميم، لأنه يسمح بالتنبؤ بالطريقة التي يمكن بها لفترات طويلة أو قوة وزن سيغير أبعاد الكائنات في طقس.
يقال إن هذا القانون قد نشره هوك في شكل الجناس الناقص الغامض (ceiiinosssttuv) ، والتي يمكن من خلالها إعادة بناء البيان اللاتيني لقانونه ، لأنه كان يخشى أن يحوز شخص ما اكتشافه بشكل غير قانوني. بعد ذلك بعامين ، أعلن النتائج التي توصل إليها.
صيغة قانون هوك للينابيع
الصيغة الأكثر شيوعًا لقانون هوك هي كما يلي:
F = -k. ΔL
أين:
- F هي القوة المشوهة
- ΔL هو الاختلاف الذي الطول من الربيع ، إما ضغط أو تمديد.
- ك هو ثابت التناسب عمد كما ثابت الربيع، معبرًا عنها عمومًا بالنيوتن على الأمتار (N / m).
لحساب ΔL ، أي تشوه الكائن ، من الضروري معرفة الطول الأولي (L0) والطول النهائي (Lf).
أنظر أيضا:المرونة في الفيزياء
تطبيقات قانون هوك
يعد قانون هوك مفيدًا للغاية في جميع المجالات التي يكون فيها ملف المعرفه مليئة بالقدرة المرنة للمواد. هندسة، هندسة معمارية والبناء التخصصات حيث يتم استخدامه بشكل متكرر.
على سبيل المثال ، يسمح لنا هذا القانون بالتنبؤ بتأثير وزن السيارات على الجسر وعلى المواد التي صنعت منها (مثل فلز). كما يسمح بحساب سلوك منفاخ أو مجموعة من النوابض ، داخل آلة معينة أو جهاز صناعي.
أفضل تطبيق معروف لقانون هوك هو تطوير مقاييس ديناميكية: أجهزة مكونة من زنبرك ومقياس يسمح بقياس القوى بشكل تدريجي.
قانون هوك ومرونته
تطبيق قانون هوك لحساب مرونة يختلف سواء كانت الينابيع ، أو صلب المرن.
لحساب مرونة الينابيع ، يتم تطبيق "معادلة الربيع" ، وهي الطريقة الأكثر عمومية لطرح صيغة قانون هوك (نفس القانون الذي قدمناه أعلاه: F = -k. L).
بمعرفة ثابت الزنبرك k وكتلة الجسم المتصل بالزنبرك ، يمكن حساب التردد الزاوي لتذبذب الزنبرك (ω) بالصيغة التالية:
ω = √k / م
من ناحية أخرى ، لحساب مرونة المواد الصلبة المرنة ، يجب تعميم قانون النوابض ، لأن توزيع الضغط في أجسامهم أكثر تعقيدًا بكثير من المنفاخ.
لهذا ، يتم استخدام معادلات لامي هوك ، والتي لها صيغ محددة لكل مادة صلبة وفقًا لشكلها المحدد: أحادي البعد ، أو ثلاثي الأبعاد ، متناحٍ أو ثلاثي الأبعاد. لكن هذه موضوعات تتطلب مزيدًا من التعقيد والتقنية.