Rumus kekakuan pegas mungkin merupakan poin terpenting dalam topik elemen elastis ini. Bagaimanapun, kekakuanlah yang memainkan peran yang sangat penting mengapa komponen ini digunakan secara luas.

Saat ini, hampir tidak ada industri yang dapat melakukannya tanpa mata air; mereka digunakan dalam pembuatan instrumen dan peralatan mesin, pertanian, produksi peralatan pertambangan dan kereta api, energi, dan industri lainnya. Mereka dengan setia melayani di tempat-tempat paling penting dan kritis dari berbagai unit, di mana karakteristik bawaan mereka diperlukan, pertama-tama, kekakuan pegas, formula yang secara umum sangat sederhana dan akrab bagi anak-anak dari sekolah.

Fitur pekerjaan

Setiap pegas adalah produk elastis, yang dikenai beban statis, dinamis, dan siklik selama operasi. Fitur utama dari bagian ini adalah bahwa ia berubah bentuk di bawah kekuatan eksternal, dan ketika tumbukan berhenti, ia mengembalikan bentuk aslinya dan dimensi geometris. Selama periode deformasi, energi terakumulasi, selama pemulihan - transfernya.

Properti ini untuk kembali ke bentuk aslinya yang telah membawa penggunaan luas bagian-bagian ini: mereka adalah peredam kejut yang sangat baik, elemen katup yang mencegah tekanan berlebih, aksesori untuk alat ukur. Dalam situasi ini dan lainnya, karena kemampuan untuk berubah bentuk secara elastis, mereka melakukan pekerjaan penting, sehingga diperlukan kualitas dan keandalan yang tinggi dari mereka.

Jenis mata air

Ada banyak jenis bagian ini, yang paling umum adalah pegas ketegangan dan kompresi.

• Yang pertama tanpa beban memiliki nada nol, yaitu koil bersentuhan dengan koil. Dalam proses deformasi, mereka meregang, panjangnya bertambah. Pengakhiran beban disertai dengan kembalinya ke bentuk semula - lagi kumparan ke kumparan.
• Yang terakhir, sebaliknya, awalnya berputar dengan langkah tertentu di antara belokan, dan menyusut di bawah beban. Kontak belokan adalah pembatas alami untuk eksposur lanjutan.

Awalnya, untuk pegas tariklah rasio massa beban yang ditangguhkan di atasnya dan perubahan ukuran geometrisnya ditemukan, yang menjadi dasar untuk rumus kekakuan pegas melalui massa dan panjang.

Apa jenis mata air lainnya?

Ketergantungan deformasi pada gaya eksternal yang diterapkan juga berlaku untuk jenis bagian elastis lainnya: torsi, lentur, berbentuk cakram, dan lainnya. Tidak masalah di mana gaya bidang diterapkan padanya: di garis di mana garis aksial berada, atau tegak lurus dengannya, deformasi yang dihasilkan sebanding dengan gaya di mana itu terjadi.

Karakter utama

Terlepas dari jenis pegas, fitur pekerjaannya yang terkait dengan deformasi konstan memerlukan parameter berikut:

• Kemampuan untuk mempertahankan nilai elastisitas yang konstan selama periode tertentu.
• keliatan.
• Resistensi relaksasi, yang menyebabkan deformasi tidak menjadi ireversibel.
• Kekuatan, yaitu kemampuan menahan berbagai jenis beban: statis, dinamis, goncangan.

Masing-masing karakteristik ini penting, tetapi ketika memilih komponen tangguh untuk pekerjaan tertentu, pertama-tama, mereka tertarik pada kekakuannya sebagai indikator penting apakah cocok untuk bisnis ini dan berapa lama akan bekerja.

Apa itu kekakuan?

Kekakuan adalah karakteristik suatu bagian yang menunjukkan betapa mudah atau sederhananya untuk mengompresnya, seberapa besar gaya yang harus diberikan untuk melakukannya. Ternyata deformasi yang terjadi di bawah beban semakin besar, semakin besar gaya yang diterapkan (toh, gaya elastis yang muncul berlawanan dengannya memiliki nilai modulus yang sama). Oleh karena itu, dimungkinkan untuk menentukan tingkat deformasi, mengetahui gaya elastisitas (gaya yang diterapkan) dan sebaliknya, mengetahui deformasi yang diperlukan, adalah mungkin untuk menghitung gaya apa yang diperlukan.

Pondasi fisik dari konsep kekakuan / elastisitas

Gaya yang bekerja pada pegas mengubah bentuknya. Misalnya, pegas tegangan/kompresi memendek atau memanjang di bawah pengaruh gaya eksternal. Menurut hukum Hooke (ini adalah nama rumus yang memungkinkan Anda menghitung koefisien kekakuan pegas), gaya dan deformasi sebanding satu sama lain dalam batas elastisitas zat tertentu. Berlawanan dengan beban yang diberikan dari luar, timbul suatu gaya yang besarnya sama dan berlawanan tanda, yang ditujukan untuk mengembalikan dimensi asli bagian dan bentuknya.

Sifat gaya elastis ini adalah elektromagnetik, ia muncul sebagai hasil interaksi khusus antara elemen struktural (molekul dan atom) dari bahan dari mana bagian ini dibuat. Dengan demikian, semakin besar kekakuan, yaitu semakin sulit untuk meregangkan / menekan bagian elastis, semakin besar koefisien elastisitasnya. Indikator ini digunakan, khususnya, ketika memilih bahan tertentu untuk pembuatan pegas untuk digunakan dalam berbagai situasi.

Bagaimana versi pertama dari formula itu muncul

Rumus untuk menghitung kekakuan pegas, yang disebut hukum Hooke, dibuat secara eksperimental. Selama percobaan dengan beban massa yang berbeda tergantung pada elemen elastis, besarnya peregangan diukur. Jadi ternyata bagian uji yang sama di bawah beban yang berbeda mengalami deformasi yang berbeda. Selain itu, penangguhan sejumlah berat tertentu, yang massanya identik, menunjukkan bahwa setiap berat yang ditambahkan/dihilangkan menambah/mengurangi panjang elemen elastis dengan jumlah yang sama.

Sebagai hasil dari percobaan ini, rumus berikut muncul: kx \u003d mg, di mana k adalah konstanta koefisien untuk pegas tertentu, x adalah perubahan panjang pegas, m adalah massanya, dan g adalah percepatan jatuh bebas (nilai perkiraan adalah 9,8 m / s²) .

Dengan demikian, properti kekakuan ditemukan, yang, seperti rumus untuk menentukan koefisien elastisitas, menemukan aplikasi terluas di industri mana pun.

Rumus kekakuan

Rumus yang dipelajari oleh anak-anak sekolah modern, bagaimana mencari koefisien kekakuan pegas, adalah rasio gaya dan besaran, menunjukkan perubahan panjang pegas tergantung pada besarnya dampak ini (atau

sama dengan itu dalam modulus gaya elastis). Rumus ini terlihat seperti ini: F = -kx. Dari rumus ini, koefisien kekakuan elemen elastis sama dengan rasio gaya elastis terhadap perubahan panjangnya. Dalam sistem internasional SI untuk satuan besaran fisik, ini diukur dalam newton per meter (N/m).

Cara lain untuk menulis rumus: koefisien Young

Deformasi tarik/tekan dalam fisika juga dapat dijelaskan dengan hukum Hooke yang sedikit dimodifikasi. Rumusnya mencakup nilai regangan relatif (perbandingan perubahan panjang dengan nilai awalnya) dan tegangan (rasio gaya terhadap luas penampang bagian). Deformasi dan tegangan relatif menurut rumus ini adalah proporsional, dan koefisien proporsionalitas adalah kebalikan dari modulus Young.

Modulus Young menarik karena ditentukan semata-mata oleh sifat-sifat material, dan tidak bergantung pada bentuk bagian atau dimensinya.

Misalnya, modulus Young untuk 100

apakah itu kira-kira sama dengan satu dengan sebelas nol (satuan - N / sq. m).

Arti dari konsep koefisien kekakuan

Koefisien kekakuan - koefisien proporsionalitas dari hukum Hooke. Ini juga berhak disebut koefisien elastisitas.

Nyatanya, ini menunjukkan besarnya gaya yang harus diberikan pada elemen elastis untuk mengubah panjangnya satu per satu (dalam sistem pengukuran yang digunakan).

Nilai parameter ini tergantung pada beberapa faktor yang menjadi ciri pegas:

• Bahan yang digunakan dalam pembuatannya.
• Bentuk dan fitur desain.
• dimensi geometris.

Menurut indikator ini, Anda dapat

untuk menyimpulkan bagaimana produk tahan terhadap efek beban, yaitu, apa yang akan menjadi resistensi ketika pengaruh eksternal diterapkan.

Fitur perhitungan mata air

Menunjukkan bagaimana menemukan kekakuan pegas, formula ini mungkin salah satu yang paling banyak digunakan oleh desainer modern. Lagi pula, bagian-bagian elastis ini digunakan hampir di mana-mana, yaitu, diperlukan untuk menghitung perilaku mereka dan memilih yang ideal untuk mengatasi tugas mereka.

Hukum Hooke dengan sangat sederhana menunjukkan ketergantungan deformasi bagian elastis pada gaya yang diterapkan; insinyur menggunakan rumus yang lebih akurat untuk menghitung koefisien kekakuan, dengan mempertimbangkan semua fitur dari proses yang sedang berlangsung.

Sebagai contoh:

• Rekayasa modern menganggap pegas bengkok silinder sebagai spiral kawat dengan penampang melingkar, dan deformasinya di bawah pengaruh gaya yang ada dalam sistem diwakili oleh satu set pergeseran dasar.
• Ketika pembengkokan dideformasi, deformasi dianggap sebagai defleksi batang yang terletak dengan ujungnya pada penyangga.

Fitur menghitung kekakuan sambungan pegas

Poin penting adalah perhitungan beberapa elemen elastis yang dihubungkan secara seri atau paralel.

Dengan susunan paralel dari beberapa bagian, kekakuan keseluruhan sistem ini ditentukan oleh jumlah sederhana dari koefisien masing-masing komponen. Seperti yang dapat Anda lihat dengan mudah, kekakuan sistem lebih besar daripada satu bagian.

Dengan susunan berurutan, rumusnya lebih kompleks: kebalikan dari kekakuan total sama dengan jumlah kebalikan dari kekakuan setiap komponen. Dalam varian ini, jumlahnya kurang dari istilah.

Dengan menggunakan dependensi ini, mudah untuk menentukan pilihan komponen elastis yang tepat untuk kasus tertentu.

Alam, menjadi manifestasi makroskopik interaksi antarmolekul. Dalam kasus paling sederhana dari peregangan/kompresi tubuh, gaya elastis diarahkan berlawanan dengan perpindahan partikel tubuh, tegak lurus terhadap permukaan.

Vektor gaya berlawanan dengan arah deformasi tubuh (perpindahan molekulnya).

hukum Hooke

Dalam kasus paling sederhana dari deformasi elastis kecil satu dimensi, rumus untuk gaya elastis memiliki bentuk:

,

di mana adalah kekakuan tubuh, adalah besarnya deformasi.

Dalam rumusan verbal, hukum Hooke berbunyi sebagai berikut:

Gaya elastis yang timbul dari deformasi tubuh berbanding lurus dengan perpanjangan tubuh dan diarahkan berlawanan dengan arah pergerakan partikel tubuh relatif terhadap partikel lain selama deformasi.

Deformasi nonlinier

Dengan peningkatan besarnya deformasi, hukum Hooke berhenti bekerja, gaya elastis mulai bergantung secara kompleks pada besarnya tegangan atau kompresi.

Yayasan Wikimedia. 2010 .

Lihat apa "Kekuatan Elastisitas" di kamus lain:

kekuatan elastis- energi elastis - Topik industri minyak dan gas Sinonim energi elastis EN energi elastis ... Buku Pegangan Penerjemah Teknis

kekuatan elastis- tamprumo jėga statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Vidinės kūno jėgos, veikiančios prieš jį deformuojančias išorines jėgas ir iš dalies ar visiškai atkuriančios deformuojančias išorines jėgas ir iš dalies ar visiškai atkuriančios deformomuotojo k Penkiakalbis aiskinamesis metrologijos terminų odynas

kekuatan elastis- tamprumo jėga statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. gaya elastis vok. elastische Kraft, f rus. gaya elastis, f; gaya elastis, fpranc. kekuatan elastis, f … Fizikos terminų odynas

MEMAKSA- ukuran kuantitas vektor dampak mekanis pada tubuh dari tubuh lain, serta intensitas fisik lainnya. proses dan bidang. Gaya berbeda: (1) S. Ampere, gaya yang (lihat) bekerja pada konduktor dengan arus; arah vektor gaya ... ... Ensiklopedia Politeknik Hebat

"kekuatan" dialihkan ke sini; lihat juga arti lainnya. Dimensi Gaya LMT−2 satuan SI ... Wikipedia

"kekuatan" dialihkan ke sini; lihat juga arti lainnya. Dimensi Gaya LMT−2 SI satuan newton ... Wikipedia

Ada., f., gunakan. maks. sering Morfologi: (tidak) apa? kekuatan untuk apa? kekuatan, (lihat) apa? kekuatan dari? kekuatan tentang apa? tentang kekuatan; hal. apa? kekuatan, (tidak) apa? kekuatan untuk apa? kekuatan, (lihat) apa? kekuatan dari? kekuatan tentang apa? tentang kekuatan 1. Kemampuan yang hidup disebut kekuatan ... ... Kamus Dmitriev

Cabang mekanika yang mempelajari perpindahan, deformasi, dan tegangan yang timbul pada benda elastis yang diam atau bergerak di bawah pengaruh beban. U. t. dasar perhitungan untuk kekuatan, deformabilitas dan stabilitas dalam konstruksi, bisnis, penerbangan dan ... ... Ensiklopedia Fisik

Cabang mekanika yang mempelajari perpindahan, deformasi, dan tegangan yang timbul pada benda elastis yang diam atau bergerak di bawah pengaruh beban. W. t. teoritis. dasar perhitungan untuk kekuatan, deformabilitas dan stabilitas dalam konstruksi. akta… … Ensiklopedia Fisik

Cabang mekanika (Lihat mekanika) di mana perpindahan, deformasi, dan tegangan yang timbul pada benda elastis yang diam atau bergerak di bawah aksi beban dipelajari. Dasar teoretis W. t untuk menghitung kekuatan, deformabilitas dan ... ... Ensiklopedia Besar Soviet

Buku

• kekuatan dan deformasi. Teori Elastisitas Terapan Volume 2, A. Feppl. KATA PENGANTAR OLEH EDITOR TERJEMAHAN RUSIA KE VOLUME KEDUA. Penerbitan buku jilid kedua oleh A. Feppl dan L. Feppl sangat tertunda sehingga asumsi awal tentang penempatan baris ...

Semua benda di dekat Bumi dipengaruhi oleh daya tariknya. Di bawah pengaruh gravitasi, tetesan hujan, kepingan salju, daun yang tercabut dari cabang jatuh ke Bumi.

Tetapi ketika salju yang sama terletak di atap, ia masih tertarik oleh Bumi, tetapi tidak jatuh melalui atap, tetapi tetap diam. Apa yang mencegahnya jatuh? Atap. Ini bekerja di salju dengan gaya yang sama dengan gravitasi, tetapi diarahkan ke arah yang berlawanan. Apa kekuatan ini?

Gambar 34, a menunjukkan papan tergeletak di dua dudukan. Jika sebuah beban ditempatkan di tengahnya, maka di bawah pengaruh gravitasi berat akan mulai bergerak, tetapi setelah beberapa saat, setelah menekuk papan, papan itu akan berhenti (Gbr. 34, b). Dalam hal ini, gaya gravitasi akan diseimbangkan dengan gaya yang bekerja pada beban dari sisi papan lengkung dan diarahkan secara vertikal ke atas. Kekuatan ini disebut kekuatan elastis. Gaya elastis muncul selama deformasi. Deformasi adalah perubahan bentuk atau ukuran tubuh. Salah satu jenis deformasi adalah lentur. Semakin banyak penyangga membungkuk, semakin besar gaya elastis yang bekerja dari penyangga ini pada tubuh. Sebelum tubuh (berat) ditempatkan di papan, gaya ini tidak ada. Saat berat bergerak, yang semakin menekuk penyangganya, gaya elastis juga meningkat. Pada saat berat berhenti, gaya elastis telah mencapai gaya gravitasi dan resultannya menjadi sama dengan nol.

Jika benda yang cukup ringan ditempatkan pada penyangga, maka deformasinya mungkin menjadi sangat kecil sehingga kita tidak akan melihat perubahan apa pun dalam bentuk penyangga. Tapi deformasi akan tetap! Dan bersamaan dengan itu, gaya elastis juga akan bertindak, mencegah jatuhnya tubuh yang terletak di penyangga ini. Dalam kasus seperti itu (ketika deformasi tubuh tidak terlihat dan perubahan ukuran penyangga dapat diabaikan), gaya elastis disebut mendukung kekuatan reaksi.

Jika alih-alih penyangga, beberapa jenis suspensi (benang, tali, kawat, batang, dll.) digunakan, maka benda yang melekat padanya juga dapat ditahan. Gaya gravitasi di sini juga akan diimbangi oleh gaya elastisitas yang berlawanan arah. Dalam hal ini, gaya elastis muncul karena fakta bahwa suspensi diregangkan di bawah aksi beban yang melekat padanya. peregangan jenis distorsi lainnya.

Gaya elastis juga terjadi ketika kompresi. Dialah yang membuat pegas terkompresi menjadi lurus dan mendorong tubuh yang melekat padanya (lihat Gambar 27, b).

Kontribusi besar untuk mempelajari gaya elastisitas dibuat oleh ilmuwan Inggris R. Hooke. Pada 1660, ketika dia berusia 25 tahun, dia membuat undang-undang yang kemudian dinamai menurut namanya. Hukum Hooke mengatakan:

Gaya elastis yang terjadi ketika suatu benda diregangkan atau ditekan sebanding dengan perpanjangannya.

Jika perpanjangan tubuh, yaitu, perubahan panjangnya, dilambangkan dengan x, dan gaya elastis dilambangkan dengan kontrol F, maka hukum Hooke dapat diberikan bentuk matematika berikut:

Kontrol F \u003d kx,

di mana k adalah faktor proporsionalitas, yang disebut kekakuan tubuh. Setiap tubuh memiliki kekakuannya sendiri. Semakin besar kekakuan suatu benda (pegas, kawat, batang, dll.), semakin sedikit ia mengubah panjangnya di bawah aksi gaya yang diberikan.

Satuan SI untuk kekakuan adalah newton per meter(1 N/m).

Setelah melakukan serangkaian eksperimen yang mengkonfirmasi hukum ini, Hooke menolak untuk mempublikasikannya. Karena itu, untuk waktu yang lama tidak ada yang tahu tentang penemuannya. Bahkan setelah 16 tahun, masih tidak mempercayai rekan-rekannya, Hooke dalam salah satu bukunya hanya memberikan rumusan terenkripsi (anagram) hukumnya. Dia melihat

Setelah menunggu dua tahun bagi pesaing untuk mengklaim penemuan mereka, dia akhirnya menguraikan hukumnya. Anagram itu diuraikan sebagai berikut:

ut tensio, sic vis

(yang dalam bahasa latin berarti: apa tegangan, itulah gaya). “Kekuatan pegas apa pun,” tulis Hooke, “sebanding dengan peregangannya.”

Hooke belajar elastis deformasi. Ini adalah nama deformasi yang hilang setelah penghentian pengaruh eksternal. Jika, misalnya, pegas diregangkan sedikit dan kemudian dilepaskan, pegas akan kembali ke bentuk aslinya. Tetapi pegas yang sama dapat diregangkan sedemikian rupa sehingga, setelah dilepaskan, pegas itu akan tetap meregang. Deformasi yang tidak hilang setelah penghentian pengaruh eksternal disebut plastik.

Deformasi plastik digunakan dalam pemodelan dari plastisin dan tanah liat, dalam pemrosesan logam - penempaan, stamping, dll.

Untuk deformasi plastis, hukum Hooke tidak terpenuhi.

Pada zaman kuno, sifat elastis dari beberapa bahan (khususnya, pohon seperti yew) memungkinkan nenek moyang kita untuk menemukan Bawang- senjata tangan yang dirancang untuk melempar panah dengan bantuan kekuatan elastis tali busur yang diregangkan.

Muncul sekitar 12 ribu tahun yang lalu, busur telah ada selama berabad-abad sebagai senjata utama hampir semua suku dan bangsa di dunia. Sebelum penemuan senjata api, busur adalah senjata tempur yang paling efektif. Pemanah Inggris dapat menembakkan hingga 14 anak panah per menit, yang, dengan penggunaan busur besar-besaran dalam pertempuran, menciptakan kumpulan anak panah yang utuh. Misalnya, jumlah anak panah yang ditembakkan pada Pertempuran Agincourt (selama Perang Seratus Tahun) kira-kira 6 juta!

Meluasnya penggunaan senjata tangguh ini pada Abad Pertengahan menimbulkan protes yang beralasan dari kalangan masyarakat tertentu. Pada tahun 1139, Konsili Lateran (Gereja), yang bertemu di Roma, melarang penggunaan senjata-senjata ini terhadap orang-orang Kristen. Namun, perjuangan untuk "pelucutan senjata busur" tidak berhasil, dan busur sebagai senjata militer terus digunakan oleh orang-orang selama lima ratus tahun lagi.

Peningkatan desain busur dan pembuatan busur (busur) mengarah pada fakta bahwa panah yang ditembakkan dari mereka mulai menembus baju besi apa pun. Tetapi ilmu militer tidak tinggal diam. Dan pada abad XVII. busur digantikan oleh senjata api.

Saat ini, panahan hanyalah salah satu olahraga.

1. Dalam kasus apa gaya elastis muncul? 2. Apa yang disebut deformasi? Berikan contoh deformasi 3. Merumuskan hukum Hooke. 4. Apa itu kekerasan? 5. Bagaimana deformasi elastis berbeda dari deformasi plastis?

Di alam, segala sesuatu saling berhubungan dan saling berinteraksi secara terus menerus. Setiap bagiannya, masing-masing komponen dan elemennya terus-menerus terkena seluruh kompleks kekuatan.

Terlepas dari kenyataan bahwa jumlahnya cukup besar, mereka semua dapat dibagi menjadi empat jenis:

1. Gaya-gaya yang bersifat gravitasi.

2. Gaya-gaya yang bersifat elektromagnetik.

3. Kekuatan dari tipe yang kuat.

Dalam fisika ada yang namanya deformasi elastis. Deformasi elastis adalah fenomena deformasi di mana ia menghilang setelah kekuatan eksternal berhenti bekerja. Setelah deformasi seperti itu, tubuh mengambil bentuk aslinya. Jadi, gaya elastik, definisi yang menyatakan bahwa gaya tersebut terjadi di dalam benda setelah deformasi elastik, adalah gaya potensial. Gaya potensial, atau gaya konservatif, adalah gaya yang kerjanya tidak dapat bergantung pada lintasannya, tetapi hanya bergantung pada titik awal dan akhir penerapan gaya. Kerja gaya konservatif atau potensial di sepanjang lintasan tertutup akan menjadi nol.

Kita dapat mengatakan bahwa gaya elastis memiliki sifat elektromagnetik. Gaya ini dapat dinilai sebagai manifestasi makroskopik dari interaksi antara molekul-molekul suatu zat atau benda. Bagaimanapun, di mana kompresi atau peregangan tubuh terjadi, kekuatan elastis dimanifestasikan. Ini diarahkan melawan gaya yang menghasilkan deformasi, dalam arah yang berlawanan dengan perpindahan partikel tubuh yang diberikan, dan tegak lurus terhadap permukaan tubuh yang mengalami deformasi. Juga, vektor gaya ini diarahkan ke arah yang berlawanan dengan deformasi tubuh (perpindahan molekulnya).

Perhitungan nilai gaya elastis yang terjadi pada tubuh selama deformasi terjadi sesuai dengan itu, menurut itu, gaya elastis sama dengan produk kekakuan tubuh dan perubahan koefisien deformasi tubuh ini. Menurut hukum Hooke, gaya elastis yang terjadi pada deformasi tertentu dari suatu benda atau zat berbanding lurus dengan perpanjangan benda ini, dan diarahkan ke arah yang berlawanan dengan arah pergerakan partikel relatif terhadap benda tersebut. partikel lain pada saat deformasi.

Indeks kekakuan tubuh tertentu atau koefisien proporsional tergantung pada bahan yang digunakan untuk membuat tubuh. Juga, kekakuan tergantung pada proporsi geometris dan bentuk tubuh yang diberikan. Sehubungan dengan gaya elastik, ada juga yang namanya tegangan adalah rasio modulus elastik terhadap luas satuan pada titik tertentu dari penampang yang ditinjau. Jika kita mengasosiasikan hukum Hooke dengan jenis tegangan ini, maka formulasinya akan terdengar agak berbeda. Tegangan jenis mekanis yang terjadi pada benda ketika berubah bentuk selalu sebanding dengan pemanjangan relatif benda ini. Harus diingat bahwa efek hukum Hooke terbatas hanya pada deformasi kecil. Ada batas regangan di mana hukum ini beroperasi. Jika mereka terlampaui, maka gaya elastis akan dihitung menggunakan rumus kompleks, terlepas dari hukum Hooke.

Kami melanjutkan tinjauan beberapa topik dari bagian "Mekanika". Pertemuan kita hari ini dikhususkan untuk kekuatan elastisitas.

Kekuatan inilah yang mendasari pengoperasian jam tangan mekanis, tali penarik dan kabel derek, peredam kejut mobil dan kereta api terpapar padanya. Ini diuji oleh bola dan bola tenis, raket dan peralatan olahraga lainnya. Bagaimana gaya ini muncul, dan hukum apa yang dipatuhi?

Bagaimana gaya elastisitas lahir?

Sebuah meteorit di bawah pengaruh gravitasi jatuh ke tanah dan ... membeku. Mengapa? Apakah gravitasi bumi menghilang? Tidak. Kekuatan tidak bisa hilang begitu saja. Pada saat kontak dengan tanah diseimbangkan oleh gaya lain yang besarnya sama dan berlawanan arah. Dan meteorit itu, seperti benda-benda lain di permukaan bumi, tetap diam.

Gaya keseimbangan ini adalah gaya elastis.

Gaya elastis yang sama muncul di tubuh untuk semua jenis deformasi:

• peregangan;
• kompresi;
• mencukur;
• pembengkokan;
• torsi.

Gaya yang dihasilkan dari deformasi disebut elastis.

Sifat gaya elastis

Mekanisme munculnya gaya elastis baru dijelaskan pada abad ke-20, ketika sifat gaya interaksi antarmolekul ditetapkan. Fisikawan menyebut mereka "raksasa berlengan pendek". Apa arti dari perbandingan cerdas ini?

Gaya tarik-menarik dan gaya tolak menolak antara molekul dan atom materi. Interaksi semacam itu disebabkan oleh partikel terkecil yang menjadi bagiannya, membawa muatan positif dan negatif. Kekuatan ini cukup besar.(maka kata raksasa), tapi hanya muncul pada jarak yang sangat pendek.(dengan lengan pendek). Pada jarak yang sama dengan tiga kali diameter molekul, partikel-partikel ini tertarik, "dengan gembira" bergegas menuju satu sama lain.

Tetapi, setelah bersentuhan, mereka mulai secara aktif saling tolak.

Dengan deformasi tarik, jarak antar molekul meningkat. Gaya antarmolekul cenderung memendekkannya. Ketika dikompresi, molekul-molekul itu saling mendekat, yang menyebabkan molekul-molekul itu tolak-menolak.

Dan, karena semua jenis deformasi dapat direduksi menjadi kompresi dan tegangan, munculnya gaya elastis untuk setiap deformasi dapat dijelaskan dengan pertimbangan ini.

Hukum Hooke

Seorang rekan senegaranya dan kontemporer mempelajari kekuatan elastisitas dan hubungannya dengan kuantitas fisik lainnya. Dia dianggap sebagai pendiri fisika eksperimental.

ilmuwan melanjutkan eksperimennya selama sekitar 20 tahun. Dia melakukan percobaan pada deformasi tegangan pegas dengan menggantung berbagai beban dari mereka. Beban yang tertahan menyebabkan pegas meregang hingga gaya elastik yang timbul di dalamnya mengimbangi berat beban tersebut.

Sebagai hasil dari banyak percobaan, ilmuwan menyimpulkan: gaya eksternal yang diterapkan menyebabkan munculnya gaya elastis yang besarnya sama, bertindak dalam arah yang berlawanan.

Hukum yang dirumuskan olehnya (Hukum Hooke) adalah sebagai berikut:

Gaya elastis yang timbul dari deformasi benda berbanding lurus dengan besarnya deformasi dan diarahkan ke arah yang berlawanan dengan pergerakan partikel.

Rumus untuk hukum Hooke adalah:

• F adalah modulus, yaitu nilai numerik dari gaya elastis;
• x - perubahan panjang tubuh;
• k - koefisien kekakuan, tergantung pada bentuk, ukuran dan bahan tubuh.

Tanda minus menunjukkan bahwa gaya elastis diarahkan ke arah yang berlawanan dengan perpindahan partikel.

Setiap hukum fisika memiliki batasan penerapannya. Hukum yang ditetapkan oleh Hooke hanya dapat diterapkan pada deformasi elastis, ketika, setelah beban dihilangkan, bentuk dan dimensi tubuh dipulihkan sepenuhnya.

Dalam badan plastik (plastisin, tanah liat basah) restorasi seperti itu tidak terjadi.

Semua padatan memiliki elastisitas sampai tingkat tertentu. Tempat pertama dalam elastisitas ditempati oleh karet, yang kedua -. Bahkan bahan yang sangat elastis di bawah beban tertentu dapat menunjukkan sifat plastis. Ini digunakan untuk pembuatan kawat, memotong bagian-bagian dari bentuk kompleks dengan perangko khusus.

Jika Anda memiliki timbangan dapur genggam (halaman baja), maka berat maksimum yang dirancang untuknya mungkin tertulis di atasnya. Katakanlah 2kg. Saat menggantung beban yang lebih berat, pegas baja di dalamnya tidak akan pernah pulih bentuknya.

Kerja gaya elastis

Seperti gaya apapun, gaya elastisitas, mampu melakukan pekerjaan. Dan sangat berguna. Dia adalah melindungi tubuh cacat dari kehancuran. Jika dia tidak mengatasi ini, kehancuran tubuh terjadi. Misalnya, kabel derek putus, senar pada gitar, karet gelang pada ketapel, pegas pada timbangan. Usaha ini selalu memiliki tanda minus, karena gaya elastis itu sendiri juga negatif.

Alih-alih kata penutup

Berbekal beberapa informasi tentang gaya elastis dan deformasi, kita dapat dengan mudah menjawab beberapa pertanyaan. Misalnya, mengapa tulang manusia yang besar memiliki struktur berbentuk tabung?

Tekuk penggaris logam atau kayu. Bagian cembungnya akan mengalami deformasi tarik, dan bagian cekungnya akan mengalami kompresi. Bagian tengah tidak membawa beban. Alam mengambil keuntungan dari keadaan ini, memasok manusia dan hewan dengan tulang berbentuk tabung. Dalam proses pergerakannya, tulang, otot dan tendon mengalami berbagai macam deformasi. Struktur tubular tulang sangat memudahkan beratnya, tanpa mempengaruhi kekuatannya sama sekali.

Batang tanaman sereal memiliki struktur yang sama. Hembusan angin menekuk mereka ke tanah, dan kekuatan elastis membantu untuk meluruskan. Omong-omong, rangka sepeda juga terbuat dari tabung, bukan batang: beratnya jauh lebih sedikit dan logamnya disimpan.

Hukum yang ditetapkan oleh Robert Hooke menjadi dasar penciptaan teori elastisitas. Perhitungan yang dilakukan sesuai dengan rumus teori ini memungkinkan memastikan daya tahan struktur bertingkat tinggi dan struktur lainnya.

Jika pesan ini bermanfaat bagi Anda, saya akan senang melihat Anda