Fizica legii lui Hooke

Legea lui Hooke, legea elasticității descoperită de omul de știință englez Robert Hooke în 1660, care prevede că, pentru deformări relativ mici ale unui obiect, deplasarea sau dimensiunea deformării este direct proporțională cu forța sau sarcina deformantă. În aceste condiții obiectul revine la forma și dimensiunea sa originală la îndepărtarea încărcăturii. Comportamentul elastic al solidelor conform legii lui Hooke poate fi explicat prin faptul că deplasările mici ale moleculelor, atomilor sau ionilor lor constitutivi din poziții normale este, de asemenea, proporțională cu forța care provoacă deplasarea.

Forța de deformare poate fi aplicată pe un solid prin întindere, compresie, stoarcere, îndoire sau răsucire. Astfel, un fir de metal prezintă un comportament elastic conform legii lui Hooke, deoarece creșterea mică a lungimii sale, întinsă de o forță aplicată, se dublează de fiecare dată când forța este dublată. Din punct de vedere matematic, legea lui Hooke afirmă că forța aplicată F este egală cu o constantă k de ori a deplasării sau a modificării în lungime x sau F = kx. Valoarea k depinde nu numai de tipul de material elastic examinat, ci și de dimensiunile și forma acestuia.

La valori relativ mari ale forței aplicate, deformarea materialului elastic este adesea mai mare decât se aștepta pe baza legii lui Hooke, chiar dacă materialul rămâne elastic și revine la forma și dimensiunea sa originală după îndepărtarea forței. Legea lui Hooke descrie proprietățile elastice ale materialelor numai în intervalul în care forța și deplasarea sunt proporționale. (Vezi deformarea și fluxul.) Uneori legea lui Hooke este formulată ca F = −kx. În această expresie F nu mai înseamnă forța aplicată, ci înseamnă mai degrabă forța de refacere egală și direcționată opus, care determină revenirea materialelor elastice la dimensiunile lor inițiale.

Legea lui Hooke poate fi, de asemenea, exprimată în termeni de stres și încordare. Stresul este forța pe zonele unitare dintr-un material care se dezvoltă ca urmare a forței aplicate extern. Tulpina este deformarea relativă produsă de stres. Pentru tensiuni relativ mici, stresul este proporțional cu încordarea. Pentru expresii particulare ale legii lui Hooke în această formă, a se vedea modulul în vrac; modul de forfecare; Modulul lui Young.