แรงยืดหยุ่นและกฎของฮุค

กฎของฮุคเป็นกฎแห่งฟิสิกส์ที่กำหนดการเสียรูปที่เกิดขึ้นจากวัตถุยืดหยุ่นผ่านแรง

ทฤษฎีระบุว่าการยืดของวัตถุยืดหยุ่นนั้นเป็นสัดส่วนโดยตรงกับแรงที่กระทำต่อวัตถุนั้น

ตัวอย่างเช่น เราสามารถนึกถึงสปริง เมื่อยืดออก จะใช้แรงที่ขัดต่อการเคลื่อนไหวที่ทำ ดังนั้น ยิ่งมีแรงกระทำมากเท่าใด การเปลี่ยนรูปก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น

ในทางกลับกัน เมื่อสปริงไม่มีแรงกระทำ เราว่ามันอยู่ในสมดุล

เธอรู้รึเปล่า?

กฎของฮุกตั้งชื่อตามนักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ โรเบิร์ต ฮุก (1635-1703)

สูตร

สูตรกฎของฮุคแสดงดังนี้:

ฉ = เค ที่นั่น

จากที่ไหน

F: แรงที่ใช้กับตัวยางยืด
K: ค่าคงที่ยืดหยุ่นหรือค่าคงที่สัดส่วน proportion
ที่นั่น: ตัวแปรอิสระ กล่าวคือ การเสียรูปที่ประสบ

ตามระบบสากล (SI) แรง (F) มีหน่วยเป็นนิวตัน (N) ค่าคงที่ยืดหยุ่น (K) ในหน่วยนิวตันต่อเมตร (N/m) และตัวแปร (Δl) มีหน่วยเป็นเมตร (m)

บันทึก: ความผันแปรของการเสียรูปที่ประสบ Δl = L - L₀, อาจระบุโดย x. โปรดทราบว่า L คือความยาวสุดท้ายของสปริงและ L₀, ความยาวเริ่มต้น

การทดลองกฎของฮุค

เพื่อยืนยันกฎของฮุก เราสามารถทำการทดลองเล็กๆ ได้โดยมีสปริงติดอยู่กับตัวรองรับ

เมื่อดึงเราจะเห็นว่าแรงที่เรายืดออกนั้นเป็นสัดส่วนโดยตรงกับแรงที่มันออก แต่ไปในทิศทางตรงกันข้าม

กล่าวคือ การเสียรูปของสปริงจะเพิ่มขึ้นตามสัดส่วนของแรงที่กระทำกับสปริง

กราฟฟิค

เพื่อให้เข้าใจการทดลองของ Hooke's Law มากขึ้น จึงมีการสร้างตารางขึ้น สังเกตว่า Δl หรือ x สอดคล้องกับความผิดปกติของสปริงและ Fหรือพี่ สอดคล้องกับแรงที่ตุ้มน้ำหนักกระทำต่อสปริง

ดังนั้น ถ้า P = 50N และ x = 5 m เรามี:

เอฟ (N)	50	100	150
x (ม.)	5	10	15

หลังจากสังเกตค่าแล้ว เราก็พลอต F กับ x

แบบฝึกหัดสอบเข้าพร้อมคำติชม

1. (UFSM) ระหว่างการออกกำลังกายเพื่อความแข็งแรงของนักวิ่ง จะใช้ยางรัดที่หน้าท้อง ในการเริ่มต้น นักกีฬาได้รับผลลัพธ์ดังต่อไปนี้:

สัปดาห์	1	2	3	4	5
Δx (ซม.)	20	24	26	27	28

แรงสูงสุดที่นักกีฬาเข้าถึงได้ โดยรู้ว่าค่าคงตัวการยืดหยุ่นของสายรัดคือ 300 N/m และเป็นไปตามกฎของฮุค อยู่ใน N:

ก) 23520
ข) 17600
ค) 1760
ง) 840
จ) 84

ดูคำตอบ

ทางเลือกและ

2. (UFU-MG) การยิงธนูเป็นกีฬาโอลิมปิกตั้งแต่โอลิมปิกครั้งที่สองที่ปารีสในปี 1900 คันธนูเป็นอุปกรณ์ที่แปลงพลังงานศักย์ยืดหยุ่น ซึ่งเก็บไว้เมื่อสายธนูถูกตึง ให้เป็นพลังงานจลน์ ซึ่งจะถูกส่งต่อไปยังลูกธนู

ในการทดลอง เราวัดแรง F ที่จำเป็นในการดึงคันธนูให้ตึงในระยะหนึ่ง x เพื่อให้ได้ค่าต่อไปนี้:

เอฟ (N)	160	320	480
x (ซม.)	10	20	30

ค่าและหน่วยของค่าคงที่ยืดหยุ่น k ของส่วนโค้งคือ:

ก) 16 ม./N
ข) 1.6 kN/m
ค) 35 N/m
ง) 5/8 x 10^-2 m/N

ดูคำตอบ

ทางเลือก b

3. (UFRJ-RJ) ระบบที่แสดงในรูป (รถเข็นที่มีมวลเท่ากันซึ่งเชื่อมต่อกับสปริงที่เหมือนกัน) หยุดนิ่งและสามารถเคลื่อนที่ได้ด้วยการเสียดสีเล็กน้อยบนรางแนวนอน:

แรงคงที่ถูกนำไปใช้กับปลายอิสระของสปริง 3 ขนานกับรางและหันไปทางขวา หลังจากที่การสั่นสะเทือนเริ่มต้นลดลง ชุดประกอบจะเคลื่อนที่เป็นบล็อกทางด้านขวา ในสถานการณ์นี้ โดยที่ l1, l2 และ l3 คือความยาวของสปริง 1, 2 และ 3 ตามลำดับ ให้ทำเครื่องหมายทางเลือกที่ถูกต้อง:

ก) l1 > l2 > l3
b) l1 = l2 = l3
c) l1 d) l1 = l2 e) l1 = l2 > l3

ดูคำตอบ

ทางเลือก c

ต้องการทราบข้อมูลเพิ่มเติม? อ่านบทความด้วย:

• ความแข็งแกร่ง
• ความแข็งแรงยืดหยุ่น Elastic
• พลังงานศักย์
• พลังงานศักย์ยืดหยุ่น