Hooke'i seadus

Kui venitada kummilinti või rehvi teatud punktini, siis see venib. Kui pinge vabastada, naaseb kumm oma algsele pikkusele. Samamoodi venib vedru, kui see venitatakse. Kui pinge vabastada, naaseb vedru oma algsele pikkusele. Vedru või kummilint venib venitades ja naaseb pärast pinge vabastamist oma algsele pikkusele, sest vedrud või kumm on elastsed. Elastne või elastsus on objekti võime naasta oma algsele kujule, kui objektile rakendatud jõud eemaldatakse.

Kas sa oled kunagi nätsu närinud? Kui sa tõmbad nätsu mõlema käega, siis see kasvab pikemaks. Pärast tõmbe vabastamist jääb nätsu kuju samaks või nätsu pikkus ei taastu oma algsesse olekusse. Sama kehtib ka plastiliini, savi jms kohta. Selliseid esemeid nagu närimiskumm, plastiliin ja savi nimetatakse plastesemeteks. Elastsed esemed, näiteks vedrud, võivad samuti suure jõuga tõmbamisel muutuda plastseks ja ületada oma elastsuspiiri.

Kui vedru tõmmata paremale, siis see venib ja selle pikkus suureneb (joonis 1). Kui tõmbejõud ei ole väga suur, siis leitakse, et vedru pikkuse suurenemine on võrdeline tõmbejõu (F) suurusega. Teisisõnu, mida suurem on tõmbejõud, seda suurem on vedru pikkuse suurenemine. Tõmbejõu (F) suuruse ja vedru pikkuse suurenemise suhe on konstantne väärtus.

Jõu (F) ja vedru pikkuse suurenemise suhe on konstantne, mida näitab graafiku sama tõusunurk (joonis 2).

k on vedrukonstant ehk vedru elastsuskoefitsient või vedru painduvuse mõõt. Selle seose täheldas esmakordselt Robert Hooke (1635–1703) 1678. aastal, seega tuntakse seda kui Hooke'i seadus.

Kui vedrule rakendatud jõu suurus ületab vedru elastsuspiiri, siis pärast jõu eemaldamist vedru pikkus ei naase algsesse olekusse. Hooke'i seadus kehtib ainult kuni elastsuspiirVedru elastsuspiir on maksimaalne jõud, mida saab vedrule rakendada enne, kui see jäädavalt deformeerub ega suuda oma algset pikkust taastada. Kui jõud jätkuvalt suureneb, vedru puruneb.

Probleemide näide

1. 2018. aasta riikliku eksami küsimused

Nool kinnitatakse vibunööri külge ja tõmmatakse 20 N jõuga tagasi nii, et vibunöör venib 20 cm. Õhuhõõrdumist eiratakse, noole mass on 250 grammi, seega on noole kiirus vibust lastuna…

Arutelu

On teada:

Jõud (F) = 20 N

Pikkuse suurenemine (s) = 20 cm = 0,2 m

Noole mass (m) = 250 grammi = 0,25 kg

Algkiirus (v_o) = 0 m/s

Küsis: Noole kiirus vibust tulistades

Vastus:

Töö (W) = kineetilise energia muutus ((ΔEK)

W = Fs = (20)(0,2) = 4

EK = 1/2 m (v_t² - v_o²) = 1/2 m (v_t²) = 1/2 (0,25)(v_t²) = 1/2 (0,25)(v_t²) = 0,125 V_t²

W= ΔEK

Fs = 1/2 m (v_t²)

4 = 0,125 volti_t²

4/0,125 = v_t²

v_t² = 32

v_t = √32

v_t = √(16)(2)

v_t = 4√2 m/s