일상적인 물건과 도구에서 만나는 일종의 봄과 고립 된 상태에서 놀아 본 적이 있다면 "클릭 가능한"볼펜의 하단 – 대부분의 다른 볼펜과 구별되는 특정 일반 속성이 있음을 알 수 있습니다. 사물.
그중 하나는 늘이거나 압축 한 후에 같은 크기로 돌아가는 경향이 있다는 것입니다. 덜 분명한 또 다른 특성은 더 많이 늘리거나 압축할수록 더 많이 늘리거나 압축하기가 더 어렵다는 것입니다.
이러한 속성은 전적으로 이상적인 봄, 그리고 어느 정도는 현실 세계에서 모든 목적으로 사용되는 용수철. 대부분의 다른 개체는 이러한 방식으로 작동하지 않습니다. 변형에 완전히 저항하는 것은 일반적으로 적용된 힘이 충분히 강해지면 부서집니다. 다른 것들은 늘어나거나 압축 될 수 있지만 완전히 또는 전혀 원래 모양으로 돌아 가지 않고 크기.
주로 갈릴레오 갈릴레이 (Galileo Galilei)와 이삭 뉴턴 (Issac Newton)에 의해 발전된 힘과 운동에 대한 당시의 새로운 개념적 틀과 결합 된 스프링의 특이한 속성, 현대 세계의 수많은 엔지니어링 및 산업 프로세스에 적용되는 단순하지만 우아한 관계인 Hooke의 법칙을 발견하게되었습니다.
중요한 발견: Hooke의 법칙
봄은 탄력있는 이는 이전 섹션에서 설명한 다양한 특성이 있음을 의미합니다. 즉, 변형 (신축 및 압축은 두 가지 유형의 변형)에 저항하고 또한 힘이 스프링의 탄성 내에 남아 있으면 원래 치수로 돌아갑니다. 제한.
Newton의 법칙이 발표되기 전에 Robert Hooke (1635-1703)는 몇 가지 간단한 실험을 통해 물체의 변형량이 그가 "탄성"이라고 부르는 특성을 가지고있는 한, 그 물체를 변형시키기 위해 적용된 힘에 비례합니다. 실제로 Hooke는 거의 모든 상상할 수있는 학문 분야, 비록 그가 오늘날의 이름이 아니더라도 유럽 전역에서 활동하는 뛰어난 과학자들의 수가 많기 때문입니다. 그의 시간에.
Hooke의 법칙 정의
Hooke의 법칙은 작성, 기억 및 작업하기가 매우 쉬우 며 물리학 학생들에게 자주 부여되지 않는 사치입니다. 즉, 스프링 (또는 다른 탄성 물체)이 더 이상 변형되는 것을 방지하는 데 필요한 힘이 물체가 이미 변형 된 거리에 정비례한다고 간단히 말합니다.
F = −kx
여기 케이 스프링 상수라고하며, 예상대로 스프링에 따라 다릅니다. "스프링 포스 공식"으로 생각할 수있는 Hooke의 법칙은 다양한 양궁 활과 충격 흡수 장치 및 범퍼와 같은 다양한 도구와 삶의 측면 자동차.
간단한 예를 들어, 자신의 머리를 스프링 력 계산기로 사용할 수 있습니다. 예를 들어, 스프링이 2m 늘어 났을 때 1,000N의 힘을가한다고 들었다면 나눌 수 있습니다: 1,000 / 2 = 500N / m.
스프링 질량 시스템의 훅의 법칙
사람들은 스프링이 "압축성"보다 "신축성"이라고 생각할 수 있지만 스프링이 적절하게 구성되어 있다면 (즉, 연속적인 코일 사이에 충분한 공간), 그것은 크게 압축되고 늘어날 수 있으며 Hooke의 법칙은 양쪽 방향에 적용됩니다. 흉한 모습.
마찰이없는 표면에 블록이 있고 평형 상태에있는 스프링으로 벽에 연결된 시스템을 상상해보십시오. 즉, 압축되거나 늘어나지 않습니다. 블록을 벽에서 떼어 내 놓으면 어떤 일이 일어날 것이라고 생각하십니까?
블록을 놓는 순간 힘이 에프, 뉴턴의 제 2 법칙 (F = ma)에 따라 블록을 시작점으로 가속하는 역할을합니다. 따라서이 상황에서 Hooke의 법칙은 다음과 같습니다.
F = -kx = ma
여기에서 가능합니다. 케이 과 미디엄, 진동의 수학적 동작을 예측합니다. 에있는 블록은 어느 방향 으로든 시작점을 통과 할 때 가장 빠르며 방향을 바꿀 때 가장 느린 (0)에서 더 분명합니다.
- 이론 대. 현실: 이 가상의 상황에서 일어나는 일은 블록이 시작점을 통과하고 시작점을 가로 질러 앞뒤로 진동한다는 것입니다. 벽쪽으로 이동할 때마다 처음에 늘어난 것과 동일한 거리만큼 압축 된 다음 끝이없는 끝으로 당겨진 곳으로 다시 축소합니다. 주기. 현실 세계에서 스프링은 이상적이지 않고 그 재질은 결국 탄성을 잃게되지만 더 중요한 것은 실제로 마찰이 불가피하다는 것입니다. 그 힘은 곧 진동의 크기를 줄이고 블록은 정지 상태로 돌아갑니다.
Hooke의 법칙의 에너지
스프링에는 풍선 껌이나 볼 베어링과 같은 방식으로 작업을 수행하는 데 활용할 수있는 고유 한 또는 내장 된 속성이 있습니다. 결과적으로 스프링은 힘뿐만 아니라 에너지로도 설명 할 수 있습니다. (일은 에너지와 동일한 기본 단위를가집니다: 뉴턴 미터 또는 N⋅m),
스프링을 변형하려면 사용자 또는 다른 작업을 수행해야합니다. 팔을 사용하여 전달하는 에너지는 탄성 위치 에너지로 "전달"됩니다. 봄이 뻗어있을 때. 이것은 중력 위치 에너지를 가진 지상의 물체와 유사하며 그 값은 다음과 같습니다.
이자형피 = (1/2) kx2
압축 스프링을 사용하여 마찰이없는 표면을 따라 물체를 발사한다고 가정 해 보겠습니다. 이 이상적인 상황의 에너지는 물체가 봄을 떠나는 순간에 완전히 운동 에너지로 "변환"되었습니다.
이자형케이 = (1/2) mv2
따라서 물체의 질량을 알고 있다면 대수를 사용하여 속도를 풀 수 있습니다. V 설정하여 이자형피 (초기) ~ 이자형케이 "출시"에서.