La loi de Hooke a été découverte au 17e siècle par l'Anglais Robert Hooke. Cette découverte sur l'étirement d'un ressort est l'une des lois de la théorie de l'élasticité et satisfait rôle important en science et technologie.
Définition et formule de la loi de Hooke
La formulation de cette loi est la suivante : la force élastique qui apparaît au moment de la déformation du corps est proportionnelle à l'allongement du corps et est dirigée à l'opposé du mouvement des particules de ce corps par rapport aux autres particules lors de la déformation.
La notation mathématique de la loi ressemble à ceci :
Riz. 1. Formule de la loi de Hooke
Où Fupr- respectivement, la force élastique, X est l'allongement du corps (la distance par laquelle la longueur d'origine du corps change), et k- coefficient de proportionnalité, appelé raideur du corps. La force est mesurée en newtons, tandis que la longueur du corps est mesurée en mètres.
Pour divulgation sens physique rigidité, il est nécessaire de substituer l'unité dans laquelle l'allongement est mesuré - 1 m dans la formule de la loi de Hooke, après avoir obtenu précédemment une expression pour k.
Riz. 2. Formule de rigidité corporelle
Cette formule montre que la rigidité d'un corps est numériquement égale à la force élastique qui se produit dans le corps (ressort) lorsqu'il est déformé de 1 m. On sait que la rigidité d'un ressort dépend de sa forme, de sa taille et de son matériau. dont le corps donné est fait.
Force élastique
Maintenant que nous savons quelle formule exprime la loi de Hooke, il est nécessaire de comprendre sa valeur fondamentale. La grandeur principale est la force élastique. Il apparaît à un certain moment où le corps commence à se déformer, par exemple, lorsqu'un ressort est comprimé ou étiré. Elle est dirigée vers verso de la gravité. Lorsque la force d'élasticité et la force de gravité agissant sur le corps deviennent égales, le support et le corps s'arrêtent.
La déformation est un changement irréversible qui se produit avec la taille du corps et sa forme. Ils sont associés au mouvement des particules les unes par rapport aux autres. Si une personne est assise dans fauteuil, alors la chaise se déformera, c'est-à-dire que ses caractéristiques changeront. Elle arrive différents types: flexion, étirement, compression, cisaillement, torsion.
Étant donné que la force d'élasticité appartient à son origine aux forces électromagnétiques, vous devez savoir qu'elle est due au fait que les molécules et les atomes - les plus petites particules, dont tous les corps sont composés, s'attirent et se repoussent. Si la distance entre les particules est très petite, elles sont affectées par la force répulsive. Si cette distance est augmentée, la force d'attraction agira sur eux. Ainsi, la différence entre les forces d'attraction et de répulsion se manifeste dans les forces d'élasticité.
La force élastique comprend la force de réaction du support et le poids du corps. La force de la réaction est particulièrement intéressante. C'est la force qui agit sur un corps lorsqu'il est posé sur une surface. Si le corps est suspendu, la force agissant sur celui-ci s'appelle la force de tension du fil.
Caractéristiques des forces élastiques
Comme nous l'avons déjà découvert, la force élastique apparaît lors de la déformation et vise à restaurer les formes et les dimensions d'origine strictement perpendiculaires à la surface déformable. Les forces élastiques ont également un certain nombre de caractéristiques.
- ils se produisent lors de la déformation ;
- ils apparaissent simultanément sur deux corps déformables ;
- elles sont perpendiculaires à la surface par rapport à laquelle le corps est déformé.
- ils sont de sens opposé au déplacement des particules corporelles.
Application de la loi dans la pratique
La loi de Hooke s'applique à la fois aux appareils techniques et de haute technologie et à la nature elle-même. Par exemple, les forces élastiques se trouvent dans les mouvements d'horlogerie, dans les amortisseurs des véhicules, dans les cordes, les bandes élastiques et même dans les os humains. Le principe de la loi de Hooke est à la base d'un dynamomètre - un appareil avec lequel la force est mesurée.
Vous et moi savons que si une force agit sur un corps, alors le corps se déplacera sous l'influence de cette force. Par exemple, un flocon de neige tombe au sol parce qu'il est tiré par la Terre. Et la gravité de la Terre agit constamment, mais le flocon de neige, ayant atteint le toit, ne continue pas à tomber, mais s'arrête, gardant notre maison au sec.
Du point de vue de la propreté et de l'ordre dans la maison, tout est correct et logique, mais du point de vue de la physique, il doit y avoir une explication à tout. Et si un flocon de neige s'arrête soudainement de bouger, alors une force doit être apparue qui contrecarre son mouvement. Cette force agit dans la direction opposée à l'attraction de la Terre et lui est égale en grandeur. En physique, cette force, qui s'oppose à la force de gravité, s'appelle la force élastique et est étudiée au cours de la septième année. Voyons ce que c'est.
Qu'est-ce que la force élastique ?
Pour un exemple expliquant ce qu'est une force élastique, rappelons-nous ou imaginons une simple corde à linge sur laquelle nous suspendons du linge humide. Lorsque l'on accroche quelque chose d'humide, la corde, préalablement tendue horizontalement, plie sous le poids du linge et s'étire légèrement. Notre chose, par exemple, une serviette humide, se déplace d'abord au sol avec la corde, puis s'arrête. Et cela se produit lors de l'ajout à la corde de chaque nouvelle chose. C'est-à-dire qu'il est évident qu'avec une augmentation de la force d'influence sur la corde, celle-ci se déforme jusqu'au moment où les forces de réaction à cette déformation deviennent égales au poids de toutes choses. Et puis le mouvement descendant s'arrête. En termes simples, le travail de la force élastique consiste à maintenir l'intégrité des objets sur lesquels nous agissons par d'autres objets. Et si la force d'élasticité ne résiste pas, le corps se déforme irrévocablement. La corde casse, le toit s'effondre sous trop de poids de neige, etc. Quand apparaît la force d'élasticité ? Au moment du début de l'impact sur le corps. Quand on étend le linge. Et disparaît lorsque nous enlevons nos sous-vêtements. C'est-à-dire lorsque l'impact s'arrête. Le point d'application de la force élastique est le point où se produit l'impact. Si nous essayons de casser le bâton sur le genou, le point d'application de la force élastique sera le point auquel nous appuyons sur le bâton avec le genou. C'est tout à fait compréhensible.
Comment trouver la force élastique : la loi de Hooke
Pour apprendre à trouver la force élastique, nous devons nous familiariser avec la loi de Hooke. Le physicien anglais Robert Hooke a été le premier à établir la dépendance de l'amplitude de la force élastique sur la déformation du corps. Cette dépendance est directement proportionnelle. Plus la déformation est importante, plus la force élastique est grande. C'est la formule de la force élastique est la suivante :
F_commande=k*∆l,
où ∆l est la quantité de déformation,
et k est le facteur de rigidité.
Le coefficient de rigidité, bien sûr, est différent pour différents corps et substances. Pour le trouver, il existe des tables spéciales. La force élastique est mesurée en N/m(newtons par mètre).
La force d'élasticité dans la nature
La force d'élasticité dans la nature- c'est une volée de moineaux sur une branche d'arbre, des grappes de baies sur des buissons ou des calottes enneigées sur des pattes d'épinette. En même temps, plier, mais ne pas abandonner les branches héroïquement et totalement gratuitement, nous démontre la force de l'élasticité.
La nature, étant une manifestation macroscopique de l'interaction intermoléculaire. Dans le cas le plus simple d'étirement/compression du corps, la force élastique est dirigée à l'opposé du déplacement des particules du corps, perpendiculairement à la surface.
Le vecteur de force est opposé à la direction de déformation du corps (déplacement de ses molécules).
La loi de Hooke
Dans le cas le plus simple des petites déformations élastiques unidimensionnelles, la formule de la force élastique a la forme :
,où est la rigidité du corps, est l'amplitude de la déformation.
En formulation verbale, la loi de Hooke se lit comme suit :
La force élastique résultant de la déformation du corps est directement proportionnelle à l'allongement du corps et est dirigée à l'opposé de la direction de mouvement des particules du corps par rapport aux autres particules lors de la déformation.
Déformations non linéaires
Avec une augmentation de l'amplitude de la déformation, la loi de Hooke cesse de fonctionner, la force élastique commence à dépendre de manière complexe de l'amplitude de la tension ou de la compression.
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Voyez ce qu'est la "force d'élasticité" dans d'autres dictionnaires :
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force élastique- tamprumo jėga statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Vidinės kūno jėgos, veikiančios prieš jį deformuojančias išorines jėgas ir iš dalies ar visiškai atkuriančios deformuotojo kūno (skys č ių, dujų) tūrį ir (kietojo kūno) formą … Penkiakalbis aiskinamasis metrologios terminų žodynas
force élastique- tamprumo jėga statusas T sritis fizika atitikmenys : angl. force élastique vok. elastische Kraft, f rus. force élastique, f; force élastique, fpranc. force élastique, f … Fizikos terminų žodynas
FORCE - quantité de vecteur une mesure de l'impact mécanique sur le corps d'autres corps, ainsi que l'intensité d'autres physiques. processus et domaines. Les forces sont différentes : (1) S. Ampère, la force avec laquelle (voir) agit sur un conducteur avec du courant ; direction du vecteur de force ... ... Grande Encyclopédie Polytechnique
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Exister., f., utiliser. max. souvent Morphologie : (non) quoi ? la force de quoi ? force, (voir) quoi? force que? force de quoi ? sur la force; PL. Quoi? force, (non) quoi? la force de quoi ? forces, (voir) quoi? force que? forces sur quoi ? à propos des forces 1. La capacité des vivants s'appelle la force ... ... Dictionnaire Dmitrieva
Branche de la mécanique dans laquelle sont étudiés les déplacements, les déformations et les contraintes apparaissant dans des corps élastiques au repos ou en mouvement sous l'action d'une charge. U. t. la base des calculs de résistance, de déformabilité et de stabilité dans la construction, les affaires, l'aviation et ... ... Encyclopédie physique
Branche de la mécanique dans laquelle sont étudiés les déplacements, les déformations et les contraintes apparaissant dans des corps élastiques au repos ou en mouvement sous l'action d'une charge. W. t. théorique. la base des calculs de résistance, de déformabilité et de stabilité dans la construction. acte… … Encyclopédie physique
Branche de la mécanique (voir mécanique) qui étudie les déplacements, les déformations et les contraintes qui se produisent dans les corps élastiques au repos ou en mouvement sous l'action d'une charge. W. t. contexte théorique calculs de résistance, de déformabilité et ... ... Grande Encyclopédie soviétique
Livres
- résistance et déformation. Théorie appliquée de l'élasticité Volume 2, A. Feppl. AVANT-PROPOS DE L'EDITEUR DE LA TRADUCTION RUSSE DU DEUXIEME VOLUME. La publication du deuxième volume du livre de A. Feppl et L. Feppl a été tellement retardée que les hypothèses initiales sur le placement de la rangée ...
La force élastique apparaît dans le corps lorsqu'il est déformé. Elle est dirigée contre la force provoquant la déformation du corps. Les forces élastiques agissent dans toutes les sections du corps, ainsi qu'au point d'application de la force qui provoque la déformation. Si le corps est étiré ou comprimé dans une direction, les forces élastiques sont dirigées le long de l'axe de compression ou de tension et opposées à l'application d'une force externe, et également perpendiculaires à sa surface.
Formule 1 - Force d'élasticité.
K - Raideur du corps.
X - Allongement du corps.
Tout le monde connaît les forces élastiques. Même maintenant en train de lire matériel donné, Vous expérimentez son action avec votre cinquième point. Assis dos à une chaise, vous appliquez une force proportionnelle à votre poids sur la surface de la chaise. Lui, à son tour, s'oppose désespérément à elle.
Ainsi, la cause de la force élastique est la déformation. Qu'est-ce que la déformation. Il s'agit d'un processus à la suite duquel les dimensions, la forme ou le volume du corps changent, à la suite de l'application de forces externes. Si, après la fin de l'action des forces, la déformation s'arrête et que le corps acquiert ses dimensions antérieures, une telle déformation est appelée élastique. En conséquence, si les dimensions précédentes du corps ne sont pas restaurées lorsque les forces externes sont supprimées, une telle déformation est appelée plastique.
Figure 1 - Force d'élasticité.
Les déformations sont également classées selon la manière dont la force est appliquée au corps. Les forces peuvent provoquer un étirement ou une compression du corps. Ainsi que son décalage en flexion ou en torsion.
Dans le processus de déformation des solides, il y a un déplacement des atomes qui se trouvent dans les nœuds réseau cristallin. Ces atomes sont maintenus en position d'équilibre forces électriques. Lorsque vous essayez de comprimer le corps, la distance entre les atomes est réduite. Dans ce cas, les forces répulsives tendent à ramener cet atome en position d'équilibre. A l'inverse, à mesure que la distance entre les atomes augmente, les forces d'attraction auront tendance à le ramener.
Figure 2 - Déformation du réseau cristallin.
Pour les petites déformations, la force élastique est proportionnelle à l'allongement du corps. De plus, la variation de la force élastique, avec de petites déformations, a un caractère linéaire. C'est une conséquence directe de la loi de Hooke. Étant donné que dans le processus de déformation, le corps peut à la fois s'allonger et se raccourcir, le concept de module de Young est introduit. En fait, c'est la même loi de Hooke, seule la variation des dimensions linéaires du corps est prise modulo. Autrement dit, le module de Young ne montre pas ce qui arrive au corps, s'il s'allonge ou se raccourcit. Il ne montre que le changement absolu de la taille du corps.
Vous et moi savons que si une force agit sur un corps, alors le corps se déplacera sous l'influence de cette force. Par exemple, une feuille tombe au sol parce qu'elle est attirée par la Terre. Mais si une feuille tombe sur un banc, elle ne continue pas à tomber et ne tombe pas à travers le banc, mais est au repos.
Et si la feuille s'arrête soudainement de bouger, cela signifie qu'une force doit être apparue qui contrecarre son mouvement. Cette force agit dans la direction opposée à l'attraction de la Terre et lui est égale en grandeur. En physique, cette force, qui s'oppose à la force de gravité, s'appelle la force d'élasticité.
Qu'est-ce que la force élastique ?
Le chiot Antoshka adore observer les oiseaux.
Pour un exemple expliquant ce qu'est la force d'élasticité, rappelons-nous également les oiseaux et la corde. Lorsque l'oiseau est assis sur la corde, le support, préalablement tendu horizontalement, s'affaisse sous le poids de l'oiseau et s'étire légèrement. L'oiseau se déplace d'abord vers le sol avec la corde, puis s'arrête. Et cela se produit lorsqu'un autre oiseau est ajouté à la corde. Et puis un autre. C'est-à-dire qu'il est évident qu'avec une augmentation de la force d'impact sur la corde, celle-ci se déforme jusqu'au moment où les forces de réaction à cette déformation deviennent égales au poids de tous les oiseaux. Et puis le mouvement descendant s'arrête.
Lorsque la suspension est étirée, la force élastique sera égale à la force de gravité, puis l'étirement s'arrête.
En termes simples, le travail de la force élastique consiste à maintenir l'intégrité des objets sur lesquels nous agissons par d'autres objets. Et si la force d'élasticité ne résiste pas, le corps se déforme irrévocablement. La corde casse sous l'abondance de neige, les anses du sac se cassent s'il est surchargé de nourriture, avec de grosses récoltes, les branches du pommier se cassent, etc.
Quand apparaît la force d'élasticité ? Au moment du début de l'impact sur le corps. Quand l'oiseau s'est assis sur la corde. Et disparaît lorsque l'oiseau s'envole. C'est-à-dire lorsque l'impact s'arrête. Le point d'application de la force élastique est le point où se produit l'impact.
Déformation
La force élastique n'apparaît que lorsque les corps sont déformés. Si la déformation du corps disparaît, la force élastique disparaît également.
Des déformations se produisent différents types: traction, compression, cisaillement, flexion et torsion.
Étirement - nous pesons le corps sur une balance à ressort ou une bande élastique ordinaire, qui s'étire sous le poids du corps
Compression - on pose un objet lourd sur le ressort
Shift - le travail de ciseaux ou d'une scie, une chaise lâche, où le sol peut être pris comme base et le siège comme plan d'application de la charge.
Bend - nos oiseaux se sont assis sur une branche, une barre horizontale avec des élèves en cours d'éducation physique