1. Vedrude Hooke'i seadus
Kui vedru tõmmata paremale, siis vedru venib ja selle pikkus suureneb (joonis 1). Kui tõmbejõud ei ole suur, on vedru pikkuse suurenemine (Δx) proportsionaalne tõmbejõu (F) suurusega. Teisisõnu, mida suurem on tõmbejõud, seda suurem on vedru pikkus. Tõmbejõu (F) suuruse ja vedru pikkuse suurenemise (Δx) võrdlus on konstantne.
Vedru tõmmatakse paremale nii, et selle pikkus suureneb Δx võrra. Vedru pikkuse suurenemine on võrdeline tõmbejõuga.
Joonistage graafikul jõu (F) ja vedru pikkuse suurenemise (Δx) vaheline seos, kus F on võrdeline Δx-ga. F ja Δx võrdlus on konstantne.
Jõu (F) ja vedru pikkuse suurenemise (Δx) suhet näitab sama graafiku tõusunurk (joonis 2).
F / Δx = k
F = kΔx
k on vedrukonstant ehk vedru elastsuskoefitsient. Selle seose täheldas esmakordselt Robert Hooke (1635–1703) 1678. aastal ja seetõttu tunti seda Hooke'i seadusena.
Kui vedrule rakendatav jõud ületab vedru elastsuspiiri, siis pärast jõu eemaldamist vedru pikkus ei taastu oma algsele pikkusele. Hooke'i seadus kehtib ainult elastsuspiiri kohta. Vedru elastsuspiir on maksimaalne jõud, mida saab vedrule anda enne, kui vedru oma kuju jäädavalt muudab ja vedru pikkus ei saa enam oma algsele pikkusele taastuda. Kui jõud jätkuvalt suureneb, on vedru kahjustatud.
2. Hooke'i seadus mittevedru kohta
Hooke'i seadus kehtib ka kõigi tahkete kehade kohta. Kui tahkele kehale mõjub väline jõud, siis keha muudab oma kuju. Me arutame nende tahkete kehade kuju muutusi, kasutades pinge ja deformatsiooni mõistet. Pinge kirjeldab jõudude võimsust, mis põhjustab keha kuju muutuse. Deformatsioon kirjeldab keha kuju muutusi pinge tõttu. Leiti, et minimaalse pinge ja deformatsiooni korral on pinge võrdeline deformatsiooniga. Pinge ja deformatsiooni suhe on konstantne, kusjuures seda võrdluskonstanti nimetatakse elastsusmooduliks.
Pinge / deformatsioon = elastsusmoodul
Seda seost nimetatakse ka Hooke'i seaduseks, mille tingimused on järgmised: pinge on võrdeline deformatsiooniga ning pinge ja deformatsiooni suhe on konstantne. Kui objektile mõjuv jõud ületab objektide elastsuse, siis Hooke'i seadus ei kehti. Hooke'i seadus kehtib ainult objekti elastsuse piirides.
Elastsusmooduleid on kolme tüüpi: Youngi moodul, nihkemoodul ja mahtmoodul.
2.1 Youngi moodul
Kui kaabli, traadi või köie mõlemat otsa tõmmatakse sama suurusega ja vastassuunas jõuga, on kaabel, traat või köis pingestatud olekus. Igapäevaelus on sellega seotud näited näiteks köis, mis hoiab kaljuronijaid, traat, mis hoiab lifte, juhtmeid, pagasiköisi või konteinereid laevade laadimis- ja mahalaadimissüsteemides jne. Pingutuskaablid, -traadid või -köied kogevad tõmbepinget tõmbepinge tõttu. Tõmbepinget defineerime kui tõmbetugevuse (F) ja objekti ristlõikepindala (A) suhet. Tõmbepinget aga defineerime kui pikkuse suurenemise (Δl) ja objekti algpikkuse (lo) suhet. Youngi moodul on tõmbepinge ja -rõhu suhe.
Tõmbepinge / tõmbepinge = Youngi moodul
F/A : Δl/lo = Y
Kui tõmbepinge on väike, normaliseerub eseme pikkus pärast jõu eemaldamist. Kui tõmbepinge ületab eseme elastsuse, siis eseme pikkus pärast jõu eemaldamist ei normaliseeru. Kui tõmbepinge jätkuvalt suureneb, siis ese puruneb.
2.2 Nihkemoodul
Asetage lauale paks raamat. Asetage käsi raamatu pinnale ja lükake raamatu pinda ettepoole. Teie tõuge toimib raamatu ülemisele pinnale ja selle suund on ettepoole, paralleelselt raamatu pinnaga. Raamatu alumist pinda hoiab paigal staatiline hõõrdumine, mis on vastupidine tõukesuunale. Alguses oli raamatu kuju ruudukujuline või ristkülikukujuline, pärast lükkamist muutus raamatu kuju rööpkülikukujuliseks. Raamatu kuju muutused on üks näide nihkepinge esinemisest nihkesurve tõttu.
Nihkepinge on defineeritud kui jõu (F) ja nihutatava pindala (A) suhe. Nihkepinge on defineeritud kui Δx ja objekti kõrguse (h) suhe. Nihkepinge ja nihkepinge suhet nimetatakse nihkemooduliks.
Nihkepinge/nihkepinge = nihkemoodul
F/A : Δx/h = Nihkemoodul
2.3 Mahumoodul
Teise maailmasõja dokumentaalfilmis on sõjastseenid meres, kus allveelaevu kasutatakse. Kuna ühe riigi mereväe allveelaev soovib vaenlase allveelaevade eest varjuda, sukeldub see sügavamale ja ulatub peaaegu merepõhjani. Üllataval kombel oli allveelaeva sein pragunenud nii, et merevesi tungis allveelaeva sisemusse. Allveelaeva sein oli pragunenud merevee surve tõttu allveelaeva pinnale. Merevee surve on võrdeline merevee sügavusega. Mida sügavamale sukeldutakse, seda suuremat merevee survet see kogeb. Kui allveelaeva seina konstruktsioon pole tugev, siis allveelaeva sein praguneb.
Näide allveelaevast, mis pragunes kogu pinnale avaldunud merevee rõhu tõttu, on näide objektist, mis kogeb mahupinget mahurõhu tõttu. Maht-rõhk on defineeritud kui objekti kogu pinnale mõjuva kogujõu (F) ja objekti pindala (A) suhe. Mahtpinge on defineeritud kui mahu vähenemise (-ΔV) ja objekti algmahu (Vo) suhe. Mahu ja mahupinge rõhu suhet nimetatakse mahtmooduliks.
Maht-rõhk / mahupinge = mahtmoodul
– ΔF/A : ΔV/V o = mahumoodul
Tahketel ja vedelatel objektidel on mahumoodul, kuid ainult tahketel objektidel on Youngi moodul ja nihkemoodul.
