1. Huko dėsnis spyruoklėms
Jei spyruoklė traukiama į dešinę, ji išsitempia ir pailgėja (1 pav.). Jei traukimo jėga nėra didelė, spyruoklės ilgio padidėjimas (Δx) yra proporcingas traukimo jėgos (F) dydžiui. Kitaip tariant, kuo didesnė traukimo jėga, tuo didesnis spyruoklės ilgis. Traukimo jėgos (F) dydžio ir spyruoklės ilgio padidėjimo (Δx) palyginimas yra pastovus.
Spyruoklė traukiama į dešinę taip, kad jos ilgis padidėtų Δx. Spyruoklės ilgio padidėjimas yra proporcingas traukimo jėgai.
Nubraižykite jėgos (F) ir spyruoklės ilgio padidėjimo (Δx) sąryšį, kur F yra proporcingas Δx. F ir Δx palyginimas yra pastovus.
Jėgos (F) ir spyruoklės ilgio padidėjimo (Δx) santykis rodomas tuo pačiu grafiko nuolydžiu (2 pav.).
F / Δx = k
F = kΔx
k yra spyruoklės konstanta arba spyruoklės elastingumo koeficientas. Šį ryšį pirmą kartą pastebėjo Robertas Hukas (1635–1703) 1678 m., todėl jis buvo žinomas kaip Huko dėsnis.
Jei spyruoklei taikoma jėga viršija spyruoklės elastingumo ribą, ją pašalinus, spyruoklės ilgis negrįžta į pradinį ilgį. Huko dėsnis galioja tik elastingumo ribai. Spyruoklės elastingumo riba yra maksimali jėga, kurią galima perduoti spyruoklei, kol ji visam laikui pakeičia savo formą ir spyruoklės ilgis negali grįžti į pradinį ilgį. Jei jėga ir toliau didėja, spyruoklė yra pažeista.
2. Huko dėsnis nespyruoklėms
Huko dėsnis galioja ir visiems kietiems objektams. Jei ant kieto objekto duota išorinė jėga, tai objektas keičia formą. Šių kietų objektų formos pokyčius aptariame naudodami įtempio ir deformacijos sąvokas. Įtempis nurodo jėgų galią, dėl kurios pasikeičia objekto forma. Deformacija nurodo objekto formos pokyčius dėl įtempio. Nustatyta, kad esant minimaliam įtempiui ir deformacijai, įtempis yra proporcingas deformacijai. Įtempio ir deformacijos santykis yra pastovus, o ši lyginamoji konstanta vadinama tamprumo moduliu.
Įtempis / Deformacija = elastingumo modulis
Šis ryšys dar vadinamas Huko dėsniu, kai įtempis yra proporcingas deformacijai, o įtempio ir deformacijos santykis yra pastovus. Jei objektą veikianti jėga viršija objekto elastingumą, Huko dėsnis netaikomas. Huko dėsnis taikomas tik objekto elastingumo riboms.
Yra trys tamprumo modulio tipai: Youngo modulis, šlyties modulis ir tūrinis modulis.
2.1 Youngo modulis
Kai abu troso, vielos ar lyno galai tempiami vienodo dydžio ir priešinga jėga, trosas, viela ar lynas yra įtempti. Kasdieniame gyvenime tokie pavyzdžiai: trosas, laikantis alpinistus, viela, laikantis liftus, laidus, bagažo lynus ar konteinerius laivų pakrovimo ir iškrovimo sistemose ir kt. Įtempimo trosai, laidai ar lynai patiria tempimo įtempimą dėl tempimo slėgio. Tempimo slėgį apibrėžiame kaip tempimo stiprio (F) ir objekto skerspjūvio ploto (A) santykį. Tempimo įtempis apibrėžiamas kaip ilgio padidėjimo (Δl) ir pradinio objekto ilgio (lo) santykis. Youngo modulis yra tempimo slėgio ir tempimo įtempimo santykis.
Tempimo slėgis / tempimo deformacija = Youngo modulis
F/A : Δl/lo = Y
Jei tempimo slėgis mažas, objekto ilgis, pašalinus jėgą, grįžta į pradinę padėtį. Jei tempimo slėgis viršija objekto elastingumą, pašalinus jėgą, objekto ilgis negrįžta į pradinę padėtį. Jei tempimo slėgis ir toliau didėja, objektas sulūš.
2.2 Šlyties modulis
Padėkite storą knygą ant stalo paviršiaus. Uždėkite ranką ant knygos paviršiaus ir stumkite knygos paviršių į priekį. Stūmimas veikia viršutinį knygos paviršių, o jo kryptis yra į priekį, lygiagreti knygos paviršiui. Apatinis knygos paviršius yra nejudantis dėl statinės trinties, veikiančios priešinga kryptimi stūmimui. Iš pradžių knyga buvo kvadratinės arba stačiakampės formos, o pastūmus jos forma tapo lygiagretainiu. Knygos formos pokyčiai yra vienas iš šlyties deformacijos dėl šlyties slėgio pavyzdžių.
Šlyties slėgis apibrėžiamas kaip jėgos (F) ir pasislenkančio paviršiaus ploto (A) santykis. Šlyties deformacija apibrėžiama kaip Δx ir objekto aukščio (h) santykis. Šlyties slėgio ir šlyties deformacijos santykis vadinamas šlyties moduliu.
Šlyties slėgis / šlyties deformacija = šlyties modulis
F/A : Δx/h = Šlyties modulis
2.3 Tūrinis modulis
Dokumentiniame filme apie Antrąjį pasaulinį karą rodomos karo scenos jūroje, naudojant povandeninius laivus. Norėdami pasislėpti nuo priešo povandeninių laivų, šalies karinio jūrų laivyno povandeninis laivas neria giliau ir pasiekia beveik jūros dugną. Keista, bet povandeninio laivo sienelė buvo įtrūkusi taip, kad jūros vanduo pateko į povandeninio laivo vidų. Povandeninio laivo sienelė buvo įtrūkusi dėl jūros vandens slėgio, veikiančio povandeninio laivo paviršių. Jūros vandens slėgis yra proporcingas jūros vandens gyliui. Kuo giliau neriama, tuo didesnį jūros vandens slėgį ji patiria. Jei povandeninio laivo sienelės konstrukcija nėra tvirta, ji įtrūks.
Povandeninio laivo, kuris įtrūko dėl jūros vandens slėgio visame jo paviršiuje, istorija yra pavyzdys, kaip objektas patiria tūrinę deformaciją dėl tūrinio slėgio. Tūrio slėgis apibrėžiamas kaip bendros jėgos (F), veikiančios visą objekto paviršių, ir objekto paviršiaus ploto (A) santykis. Tūrio deformacija apibrėžiama kaip tūrio sumažėjimo (-ΔV) ir pradinio objekto tūrio (Vo) santykis. Tūrio ir tūrinės deformacijos slėgio santykis vadinamas tūriniu moduliu.
Tūrio-slėgio / tūrio deformacijos = tūrio modulis
– ΔF/A : ΔV/V o = tūrinis modulis
Kieti ir skysti objektai turi tūrinį modulį, bet tik kieti objektai turi Youngo modulį ir šlyties modulį.
