Bahar, insan mühendisliği ve yaratıcılığın harikasıdır. Bu işlevler, çoğu zaman 17. ve 18. yüzyılların sonlarında Bilim Devrimi'nin bir parçası olarak ortaya çıkan birçok insan yapımı nesnenin yaratılmasına izin verir.
Mekanik enerjiyi depolamak için kullanılan elastik bir nesne olarak, bunlar için uygulamalar geniş, otomotiv süspansiyon sistemleri, sarkaçlı saatler, el tabakaları, kurmalı oyuncaklar, saatler, sıçan tuzakları, dijital mikromirror cihazları ve tabii ki , Slinky.
Yüzyıllar boyunca icat edilen diğer birçok cihaz gibi, mekaniğin bu kadar yaygın bir şekilde kullanılmadan önce temel bir şekilde anlaşılması gerekir. Yaylar açısından, bu, birlikte Hooke Yasası olarak bilinen esneklik, burulma ve kuvvet yasalarını anlamak anlamına gelir.
Hooke Yasası, bir yayı belirli bir mesafeye uzatmak veya sıkıştırmak için gereken kuvvetin o mesafe ile orantılı olduğunu belirten bir fizik prensibidir. Yasa, bir bahara uygulanan kuvvetler ve esnekliği arasındaki ilişkiyi göstermeye çalışan 17. yüzyıl İngiliz fizikçi Robert Hooke'dan almıştır.
Yasayı ilk olarak 1660'ta bir Latin anagram olarak belirtti ve daha sonra çözümü 1678'de ut tensio, sic vis - çevrilen "uzatma, yani kuvvet" veya "uzatma kuvvetle orantılıdır" anlamına gelir).
Bu matematiksel olarak şu şekilde ifade edilebilir: F = -kX, nerede F yaya uygulanan kuvvettir (gerilme veya stres şeklinde); X yayın yer değiştirmesidir, negatif bir değer, yayın gerildikten sonra yer değiştirdiğini gösterir; ve k yay sabittir ve ne kadar sert olduğunu detaylandırır.
Hooke yasası, elastikiyet açıklamasının ilk klasik örneğidir - bu, bir nesnenin veya malzemenin, bozulmadan sonra orijinal şekline döndürülmesine neden olan özelliğidir. Bozulma yaşadıktan sonra normal bir şekle dönme kabiliyeti, “geri yükleme kuvveti” olarak adlandırılabilir. Hooke Yasası açısından anlaşılan bu geri yükleme gücü genellikle yaşanan “gerilme” miktarı ile orantılıdır.
Yayların davranışını yönetmenin yanı sıra, Hooke Yasası, elastik bir cismin deforme olduğu diğer birçok durumda da geçerlidir. Bunlar, bir balonun şişirilmesinden ve bir lastik bandın çekilmesinden, yüksek bir bina bükülmesi ve sallanması için gereken rüzgar kuvvetinin miktarını ölçmeye kadar her şeyi içerebilir.
Bu yasa, mekanik saat, portatif saat, yay ölçeği ve manometrenin (yani basınç göstergesi) oluşturulmasını mümkün kılan bir denge tekerleğinin oluşturulmasıyla birçok önemli pratik uygulamaya sahipti. Ayrıca, tüm katı cisimlerin (deformasyon kuvvetleri yeterince küçük olduğu sürece) yakın bir yaklaşım olduğu için, Hooke'a borçlu olduğu için çok sayıda bilim ve mühendislik dalı da bu yasaya uygundur. Bunlar sismoloji, moleküler mekanik ve akustik disiplinlerini içerir.
Bununla birlikte, çoğu klasik mekanik gibi, Hooke Yasası da sadece sınırlı bir referans çerçevesi içinde çalışır. Hiçbir malzeme, belirli bir minimum boyutun ötesinde (veya maksimum boyutun ötesine gerilmiş olarak) bazı kalıcı deformasyon veya durum değişikliği olmadan sıkıştırılamadığından, yalnızca sınırlı miktarda kuvvet veya deformasyon söz konusu olduğu sürece geçerlidir. Aslında, birçok malzeme bu elastik sınırlara ulaşılmadan önce Hooke yasasından belirgin şekilde sapacaktır.
Yine de, genel haliyle, Hooke Yasası Newton’un statik denge yasalarıyla uyumludur. Birlikte, karmaşık nesneler için gerilme ve stres arasındaki ilişkiyi, yapıldığı özelliklerin içsel malzemeleri açısından ortaya çıkarmayı mümkün kılarlar. Örneğin, düzgün kesitli homojen bir çubuğun gerildiğinde, sertlikle basit bir yay gibi davranacağı sonucuna varılabilir (k) kesit alanı ile doğru orantılı ve uzunluğu ile ters orantılıdır.
Hooke yasasıyla ilgili bir başka ilginç şey de, Termodinamiğin Birinci Yasasının mükemmel bir örneği olmasıdır. Sıkıştırıldığında veya uzatıldığında herhangi bir yay, kendisine uygulanan enerjiyi neredeyse mükemmel bir şekilde korur. Kaybedilen tek enerji doğal sürtünmeden kaynaklanmaktadır.
Buna ek olarak, Hooke yasası içinde dalga benzeri bir periyodik fonksiyon içerir. Deforme olmuş bir konumdan serbest bırakılan bir yay, periyodik bir fonksiyonda tekrar tekrar orantılı kuvvetle orijinal konumuna geri döner. Hareketin dalga boyu ve frekansı da gözlemlenebilir ve hesaplanabilir.
Modern esneklik teorisi, elastik bir nesnenin veya malzemenin gerilmesinin / deformasyonunun, ona uygulanan stresle orantılı olduğunu belirten Hooke yasası üzerindeki genelleştirilmiş bir varyasyondur. Bununla birlikte, genel gerilimler ve suşlar birden fazla bağımsız bileşene sahip olabileceğinden, “orantılılık faktörü” artık sadece tek bir gerçek sayı olmayabilir.
Bunun iyi bir örneği, uygulanan stresin yoğunluk ve yöne göre değiştiği rüzgarla uğraşırken olacaktır. Bu gibi durumlarda, tek bir değer yerine gerçek sayıların bir matrisi ile temsil edilebilen doğrusal bir haritanın (yani bir tensör) kullanılması en iyisidir.
Bu makaleyi beğendiyseniz, Space Magazine'de beğeneceğiniz birkaç tane daha var. İşte Sir Isaac Newton’un bilimin birçok alanına katkısı hakkında. İşte yerçekimi hakkında ilginç bir makale.
Ayrıca Hooke Yasası hakkında akademikearth.org'da izleyebileceğiniz bu ders gibi çevrimiçi olarak da bazı harika kaynaklar var. Ayrıca howstuffworks.com üzerinde esnekliğin büyük bir açıklaması var.
Daha fazla bilgi için Bölüm 138, Quantum Mechanics'i Astronomy Cast'den de dinleyebilirsiniz.
Kaynaklar:
Hyperphysics
Fizik 7/24
