1. Серіппелер үшін Гук заңы
Егер серіппе оңға қарай тартылса, серіппе созылып, ұзындығы артады (1-сурет). Егер тарту күші үлкен болмаса, серіппе ұзындығының артуы (Δx) тарту күшінің шамасына (F) пропорционалды екені анықталды. Басқаша айтқанда, тарту күші неғұрлым үлкен болса, серіппенің ұзындығы соғұрлым үлкен болады. Тарту күшінің шамасы (F) мен серіппе ұзындығының артуын (Δx) салыстыру тұрақты.
Серіппе оңға қарай тартылады, сондықтан оның ұзындығы Δx-ке артады. Серіппе ұзындығының артуы тарту күшіне пропорционалды.
Күш (F) мен серіппе ұзындығының артуы (Δx) арасындағы байланысты график түрінде көрсетіңіз, мұндағы F Δx-ке пропорционал. F-ті Δx-пен салыстыру тұрақты.
Күштің (F) серіппе ұзындығының ұлғаюына қатынасы (Δx) сол графиктің көлбеуімен көрсетілген (2-сурет).
f/ Δx = k
F=k Δx
k - серіппе тұрақтысы немесе серіппе серпімділігінің коэффициенті. Бұл тәуелділікті алғаш рет Роберт Гук (1635 – 1703) 1678 жылы байқаған, сондықтан ол Гук заңы ретінде белгілі болған.
Егер серіппеге әсер ететін күш серіппенің серпімділік шегінен асып кетсе, күш жойылғаннан кейін серіппенің ұзындығы бастапқы ұзындығына оралмайды. Гук заңы тек серпімділік шегіне ғана қолданылады. Серіппенің серпімділік шегі - серіппенің пішіні тұрақты өзгергенге дейін серіппеге берілуі мүмкін ең үлкен күш, және серіппенің ұзындығы бастапқы ұзындығына орала алмайды. Егер күш артуды жалғастыра берсе, серіппе зақымдалады.
2. Серіппесіздік үшін Гук заңы
Гук заңы барлық қатты денелерге де қолданылады. Егер қатты денеге сыртқы күш әсер етсе, онда дене пішіні өзгереді. Біз бұл қатты денелердің пішініндегі өзгерістерді кернеу және деформация ұғымын қолдана отырып талқылаймыз. Кернеу заттың пішінінің өзгеруіне әкелетін күштердің күшін көрсетеді. Деформация кернеуге байланысты заттардың пішініндегі өзгерістерді көрсетеді. Минималды кернеу мен деформация үшін кернеу деформацияға пропорционалды екені анықталды. Кернеу мен деформацияның қатынасы тұрақты, мұндағы бұл салыстырмалы тұрақты серпімділік модулі деп аталады.
Стресс / Штамм = серпімді модуль
Бұл қатынас Гук заңы деп те аталады, мұндағы шарттарда кернеу деформацияға пропорционалды, ал кернеу мен деформация арасындағы қатынас тұрақты болады. Егер затқа әсер ететін күш заттардың серпімділігінен асып кетсе, Гук заңы қолданылмайды. Гук заңы тек заттың серпімділігінің шегіне ғана қолданылады.
Серпімділік модулінің үш түрі бар: Янг модулі, ығысу модулі және көлем модулі.
2.1 Янг модулі
Кабельдің, сымның немесе арқанның екі ұшы бірдей күшпен және қарама-қарсы бағытта тартылған кезде, кабель, сым немесе арқан керілу күйінде болады. Күнделікті өмірде осыған байланысты мысалдарға жартасқа өрмелеушілерді ұстайтын арқан, кемелердегі тиеу-түсіру жүйелеріндегі лифтілерді, сымдар немесе жүк арқандарын немесе контейнерлерді ұстайтын сым және т.б. жатады. Керілу кабельдері, сымдар немесе арқандар созылу қысымына байланысты созылу кернеуіне ұшырайды. Біз созылу қысымын созылу беріктігінің (F) заттың көлденең қимасының ауданына (A) қатынасы ретінде анықтаймыз. Ал созылу кернеуі ұзындықтың өсуінің (Δl) заттың бастапқы ұзындығына (lo) қатынасы ретінде анықталады. Янг модулі - созылу қысымының созылу кернеуіне қатынасы.
Созылу қысымы / созылу деформациясы = Янг модулі
F/A: Δl/lo = Y
Егер созылу қысымы аз болса, күш жойылғаннан кейін заттың ұзындығы қалыпты жағдайға оралады. Егер созылу қысымы заттың серпімділігінен асып кетсе, күш жойылғаннан кейін заттың ұзындығы қалыпты жағдайға оралмайды. Егер созылу қысымы артып отыра берсе, зат сынады.
2.2 Ығысу модулі
Қалың кітапты үстел бетіне қойыңыз. Қолыңызды кітап бетіне қойып, кітап бетін алға қарай итеріңіз. Итеру күшіңіз кітаптың үстіңгі бетіне және оның бағытына, кітап бетіне параллель, алға қарай бағытталған. Кітаптың төменгі беті итеруге қарама-қарсы бағыттағы статикалық үйкеліс арқылы тыныштықта ұсталады. Алдымен кітап пішіні шаршы немесе тікбұрышты болды, итерілгеннен кейін кітап пішіні параллелограммға айналды. Кітап пішінінің өзгеруі ығысу қысымының болуына байланысты ығысу деформациясының пайда болуының бір мысалы болып табылады.
Ығысу қысымы күштің (F) ығысқан беттік ауданға (A) қатынасы ретінде анықталады. Ығысу деформациясы Δx-тің заттың биіктігіне (h) қатынасы ретінде анықталады. Ығысу қысымының ығысу деформациясына қатынасы ығысу модулі деп аталады.
Қиысу қысымы/қиысу деформациясы = Қиысу модулі
F/A: Δx/h = ығысу модулі
2.3 Көлемдік модуль
Екінші дүниежүзілік соғыс туралы деректі фильмде теңізде сүңгуір қайықтарды пайдаланып соғыс көріністері бар. Олар жау сүңгуір қайықтарынан жасырынғысы келгендіктен, бір елдің әскери-теңіз сүңгуір қайығы тереңірек сүңгіп, теңіз түбіне дейін жетеді. Таңқаларлығы, сүңгуір қайықтың қабырғасы жарылып, теңіз суы сүңгуір қайықтың ішіне кіріп кеткен. Сүңгуір қайықтың қабырғасы теңіз суының сүңгуір қайықтың бетіне әсер ету қысымына байланысты жарылып кеткен. Теңіз суының қысымы теңіз суының тереңдігіне пропорционалды. Сүңгу неғұрлым терең болса, теңіз суының қысымы соғұрлым жоғары болады. Егер сүңгуір қайық қабырғасының құрылымы берік болмаса, сүңгуір қайықтың қабырғасы жарылып кетеді.
Теңіз суының бүкіл бетіндегі қысымнан жарылған сүңгуір қайық туралы әңгіме көлемдік қысымға байланысты көлемдік деформацияға ұшырайтын нысанның мысалы болып табылады. Көлемдік қысым заттың бүкіл бетіне әсер ететін жалпы күштің (F) заттың беткі ауданына (A) қатынасы ретінде анықталады. Көлемдік деформация көлемнің азаюының (-ΔV) заттың бастапқы көлеміне (Vo) қатынасы ретінде анықталады. Көлемнің көлемдік деформацияға қатынасы көлемдік модуль деп аталады.
Көлемдік қысым / көлемдік деформация = көлемдік модуль
– ΔF/A : ΔV/Vo = көлемдік модуль
Қатты және сұйық денелердің көлемдік модулі бар, бірақ тек қатты денелердің ғана Юнг модулі және ығысу модулі болады.
