Закон Гука
Деформацией называется изменение формы или объема тела под действием приложенной силы.
Деформация является упругой, если после прекращения действия приложенной силы, она полностью исчезает.
Если после прекращения действия приложенной силы объект остается деформированным, такая деформация называется пластической.
Способность тела противостоять деформации называется упругостью.
В технике широко применяются упругие пружины, при помощи которых происходит гашение колебаний, вызыванных воздействием внешних сил. Самый тривиальный пример - амортизаторы в автомобилях.
Изучая упругие свойства различных материалов, в 17 веке Роберт Гук вывел закон (названный его именем), который гласит - для упругого деформирования материала необходимо приложить силу, величина которой прямо пропорциональна его деформации:
F = kx
Векторная формулировка закона Гука включает знак "минус", который говорит о том, что вектор деформации x всегда направлен противоположно силе упругости F:
F = -kx
ВАЖНО! Закон Гука справедлив только для упруго деформированных материалов.
Различные материалы обладают различным пределом упругости - максимальным значением силы, которая еще не вызывает пластическую деформацию.
В случае, если приложенная сила не превосходит предел упругости материала, тело испытывает упругую деформацию, его еще называют идеально упругим телом. В формуле закона Гука коэффициент k называется коэффициентом упругости объекта, который зависит от материала объекта и его размеров (измеряется в Н/м).
В качестве практического примера рассмотрим задачу, в которой требуется рассчитать коэффициент упругости пружин 4 амортизаторов автомобиля массой 500 кг, которые могут упруго деформироваться на расстояние 10 см.
В левую часть формулы Гука вместо силы F подставим нагрузку, приходящуюся на каждую пружину, для этого разделим вес автомобиля на кол-во пружин:
mg/4 = kx
Коэффициент упругости пружин будет равен:
k = (mg)/(4x) = (500·9,8)/(4·0,1) = 12250 Н/м
