ฤดูใบไม้ผลิเป็นสิ่งมหัศจรรย์ของวิศวกรรมมนุษย์และความคิดสร้างสรรค์ ฟังก์ชั่นเหล่านี้ช่วยให้สามารถสร้างวัตถุที่มนุษย์สร้างขึ้นจำนวนมากซึ่งส่วนใหญ่กลายเป็นส่วนหนึ่งของการปฏิวัติทางวิทยาศาสตร์ในช่วงปลายศตวรรษที่ 17 และ 18
ในฐานะที่เป็นวัตถุยืดหยุ่นที่ใช้ในการเก็บพลังงานเชิงกลการใช้งานของพวกมันนั้นกว้างขวางทำให้สิ่งต่าง ๆ เช่นระบบกันสะเทือนของยานยนต์นาฬิกาลูกตุ้มมือแหวกของเล่นไขลานนาฬิกานาฬิกากับดักหนูอุปกรณ์ micromirror ดิจิตอลและแน่นอน Slinky
เช่นเดียวกับอุปกรณ์อื่น ๆ ที่คิดค้นมานานหลายศตวรรษต้องมีความเข้าใจพื้นฐานเกี่ยวกับกลไกก่อนที่มันจะถูกนำมาใช้อย่างกว้างขวาง ในแง่ของสปริงหมายถึงการทำความเข้าใจกฎของความยืดหยุ่นแรงบิดและแรงที่เกิดขึ้นซึ่งเป็นที่รู้จักกันในชื่อกฎของฮุก
กฎของ Hooke เป็นหลักการของฟิสิกส์ที่ระบุว่าแรงที่ต้องใช้ในการยืดหรือบีบอัดสปริงในบางระยะนั้นเป็นสัดส่วนกับระยะทางนั้น กฎหมายได้รับการตั้งชื่อตามนักฟิสิกส์ชาวอังกฤษสมัยศตวรรษที่ 17 โรเบิร์ตฮุคซึ่งพยายามแสดงให้เห็นถึงความสัมพันธ์ระหว่างกองกำลังที่ใช้กับฤดูใบไม้ผลิและความยืดหยุ่น
เขากล่าวถึงกฎหมายครั้งแรกในปี ค.ศ. 1660 ว่าเป็นแอนนาแกรมละตินและเผยแพร่วิธีแก้ปัญหาในปี ค.ศ. 1678 ว่า ut tenio, sic vis - ซึ่งแปลว่า "เป็นส่วนเสริมดังนั้นแรง" หรือ "นามสกุลเป็นสัดส่วนกับแรง")
นี่สามารถแสดงทางคณิตศาสตร์เป็น F = -kXที่ไหน F คือแรงที่ใช้กับสปริง (ทั้งในรูปของความเครียดหรือความเครียด); X คือการกระจัดของฤดูใบไม้ผลิที่มีค่าลบแสดงให้เห็นว่าการกระจัดของฤดูใบไม้ผลิเมื่อมันถูกยืด; และ k เป็นค่าคงที่ของฤดูใบไม้ผลิและรายละเอียดว่าแข็งแค่ไหน
กฎหมายของ Hooke เป็นตัวอย่างคลาสสิกแรกของการอธิบายความยืดหยุ่นซึ่งเป็นสมบัติของวัตถุหรือวัสดุที่ทำให้มันกลับคืนสู่สภาพดั้งเดิมหลังจากการบิดเบือน ความสามารถในการกลับสู่รูปร่างปกติหลังจากประสบปัญหาการบิดเบือนสามารถเรียกได้ว่าเป็น "กำลังฟื้นฟู" เข้าใจในกฎของฮุกโดยทั่วไปแล้วพลังการฟื้นฟูนี้จะแปรผันตามสัดส่วนของประสบการณ์“ ถ่าง”
นอกเหนือจากการควบคุมพฤติกรรมของสปริงแล้วกฎของฮุกยังนำไปใช้ในสถานการณ์อื่น ๆ อีกมากมายที่ร่างกายที่ยืดหยุ่นได้รับการเปลี่ยนรูป สิ่งเหล่านี้อาจรวมถึงอะไรก็ได้ตั้งแต่การพองบอลลูนและดึงแถบยางไปจนถึงการวัดปริมาณของแรงลมที่ต้องการเพื่อทำให้อาคารสูงงอและแกว่งไปมา
กฎหมายฉบับนี้มีการใช้งานจริงที่สำคัญมากมายโดยมีการสร้างสมดุลล้อซึ่งทำให้สามารถสร้างนาฬิกากลไกนาฬิกาพกพาขนาดสปริงและมาตรวัดความดัน ยิ่งไปกว่านั้นเพราะมันเป็นการประมาณที่ใกล้ชิดของวัตถุที่เป็นของแข็งทั้งหมด (ตราบใดที่กองกำลังของการเสียรูปมีขนาดเล็กพอ) จึงมีสาขาวิทยาศาสตร์และวิศวกรรมจำนวนมากที่เป็นหนี้บุญคุณที่ Hooke สำหรับกฎหมายนี้ เหล่านี้รวมถึงสาขาวิชาของวิชา seismology, กลศาสตร์ระดับโมเลกุลและอะคูสติก
อย่างไรก็ตามเช่นเดียวกับกลไกแบบดั้งเดิมส่วนใหญ่กฎของฮุคทำงานภายในกรอบอ้างอิงที่ จำกัด เท่านั้น เนื่องจากไม่มีวัสดุใดที่สามารถบีบอัดเกินขนาดขั้นต่ำที่แน่นอน (หรือขยายเกินขนาดสูงสุด) โดยไม่มีการเสียรูปถาวรหรือการเปลี่ยนแปลงสถานะจึงใช้เฉพาะในกรณีที่มีแรงหรือการเสียรูป จำกัด ในความเป็นจริงวัสดุจำนวนมากจะเบี่ยงเบนไปจากกฎของฮุกอย่างเห็นได้ชัดก่อนถึงขีด จำกัด ยืดหยุ่นเหล่านั้น
อย่างไรก็ตามในรูปแบบทั่วไปกฎของฮุคยังเข้ากันได้กับกฎของดุลยภาพสถิตของนิวตัน ร่วมกันพวกเขาทำให้สามารถสรุปความสัมพันธ์ระหว่างความเครียดและความเครียดสำหรับวัตถุที่ซับซ้อนในแง่ของวัสดุที่แท้จริงของคุณสมบัติที่ทำจาก ตัวอย่างเช่นเราสามารถอนุมานได้ว่าแท่งที่เป็นเนื้อเดียวกันที่มีการตัดขวางที่สม่ำเสมอจะทำตัวเหมือนสปริงที่เรียบง่ายเมื่อยืดออกด้วยความแข็ง (k) สัดส่วนโดยตรงกับพื้นที่หน้าตัดของมันและแปรผกผันกับความยาวของมัน
อีกสิ่งที่น่าสนใจเกี่ยวกับกฎของฮุกคือมันเป็นตัวอย่างที่สมบูรณ์แบบของกฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์ สปริงใด ๆ ที่ถูกบีบอัดหรือยืดออกจะช่วยประหยัดพลังงานได้อย่างสมบูรณ์แบบ พลังงานที่สูญเสียเพียงอย่างเดียวนั้นเกิดจากแรงเสียดทานตามธรรมชาติ
นอกจากนี้กฎหมายของ Hooke ยังมีฟังก์ชันคาบเหมือนคลื่น สปริงที่ปล่อยออกจากตำแหน่งที่ผิดรูปจะกลับไปที่ตำแหน่งเดิมโดยมีแรงตามสัดส่วนซ้ำ ๆ กันในฟังก์ชันเป็นคาบ ความยาวคลื่นและความถี่ของการเคลื่อนไหวสามารถสังเกตและคำนวณได้
ทฤษฎีความยืดหยุ่นที่ทันสมัยเป็นรูปแบบทั่วไปของกฎหมายของ Hooke ซึ่งระบุว่าความเครียด / การเสียรูปของวัตถุยืดหยุ่นหรือวัสดุเป็นสัดส่วนกับความเครียดที่ใช้กับมัน อย่างไรก็ตามเนื่องจากความเครียดและสายพันธุ์ทั่วไปอาจมีองค์ประกอบอิสระหลายอย่าง "ปัจจัยสัดส่วน" อาจไม่ได้เป็นเพียงจำนวนจริงอีกต่อไป
ตัวอย่างที่ดีของเรื่องนี้คือเมื่อต้องรับมือกับลมซึ่งความเครียดที่ใช้นั้นแตกต่างกันไปในความรุนแรงและทิศทาง ในกรณีเช่นนี้ควรใช้แผนที่เชิงเส้น (aka. a tensor) ซึ่งสามารถแทนด้วยเมทริกซ์ของจำนวนจริงแทนที่จะเป็นค่าเดียว
หากคุณชอบบทความนี้มีคนอื่นอีกหลายคนที่คุณจะสนุกกับ Space Magazine นี่คือสิ่งหนึ่งที่เกี่ยวกับการช่วยเหลือของ Sir Isaac Newton ต่อวิทยาศาสตร์หลายแขนง นี่คือบทความที่น่าสนใจเกี่ยวกับแรงโน้มถ่วง
นอกจากนี้ยังมีแหล่งข้อมูลออนไลน์ที่ยอดเยี่ยมเช่นการบรรยายเกี่ยวกับกฎหมายของ Hooke ที่คุณสามารถดูได้ที่ Academicearth.org นอกจากนี้ยังมีคำอธิบายที่ดีเกี่ยวกับความยืดหยุ่นบน howstuffworks.com
นอกจากนี้คุณยังสามารถฟัง Episode 138, Quantum Mechanics จาก Astronomy Cast สำหรับข้อมูลเพิ่มเติม
แหล่งที่มา:
Hyperphysics
สาขาฟิสิกส์ 24/7
