1. Hūka likums atsperēm
Ja atsperi pavelk pa labi, tā izstiepjas un palielinās tās garums (1. attēls). Ja vilkšanas spēks nav liels, tiek konstatēts, ka atsperes garuma palielinājums (Δx) ir proporcionāls vilkšanas spēka (F) lielumam. Citiem vārdiem sakot, jo lielāks vilkšanas spēks, jo lielāks atsperes garums. Vilkšanas spēka (F) lieluma un atsperes garuma palielinājuma (Δx) salīdzinājums ir konstants.
Atsperi pavelk pa labi, lai tās garums palielinātos par Δx. Atsperes garuma palielināšanās ir proporcionāla vilkšanas spēkam.
Attēlojiet spēka (F) un atsperes garuma palielinājuma (Δx) sakarību grafikā, kur F ir proporcionāls Δx. F salīdzinājums ar Δx ir konstante.
Spēka (F) attiecību pret atsperes garuma palielinājumu (Δx) norāda tas pats grafika slīpums (2. attēls).
F / Δx = k
F = kΔx
k ir atsperes konstante jeb atsperes elastības koeficients. Šo sakarību pirmo reizi novēroja Roberts Hūks (1635–1703) 1678. gadā, un tāpēc tā bija pazīstama kā Hūka likums.
Ja atsperei pieliktais spēks pārsniedz atsperes elastības robežu, pēc spēka noņemšanas atsperes garums neatgriežas sākotnējā garumā. Huka likums attiecas tikai uz elastības robežu. Atsperes elastības robeža ir maksimālais spēks, ko var pielikt atsperei, pirms atspere neatgriezeniski maina savu formu un atsperes garums nevar atgriezties sākotnējā garumā. Ja spēks turpina palielināties, atspere ir bojāta.
2. Hūka likums neatsperēm
Hūka likums attiecas arī uz visiem cietiem objektiem. Ja uz cietu objektu iedarbojas ārējais spēks, tad objekts maina formu. Mēs apspriežam šo cieto objektu formas izmaiņas, izmantojot sprieguma un deformācijas jēdzienu. Spriegums norāda spēku jaudu, kas izraisa objekta formas izmaiņas. Deformācija norāda objektu formas izmaiņas sprieguma ietekmē. Tika konstatēts, ka minimāla sprieguma un deformācijas gadījumā spriegums ir proporcionāls deformācijai. Sprieguma un deformācijas attiecība ir konstanta, kur šo salīdzinošo konstanti sauc par elastības moduli.
Spriegums / deformācija = elastības modulis
Šo sakarību sauc arī par Hūka likumu, ar nosacījumu, ka spriegums ir proporcionāls deformācijai un sprieguma un deformācijas attiecība ir konstanta. Ja spēks, kas iedarbojas uz objektu, pārsniedz objektu elastību, Hūka likums nav spēkā. Hūka likums attiecas tikai uz objekta elastības robežām.
Pastāv trīs elastības moduļu veidi: Janga modulis, bīdes modulis un tilpuma modulis.
2.1 Janga modulis
Kad abus kabeļa, stieples vai virves galus velk ar vienāda lieluma spēku pretējā virzienā, trose, stieple vai virve atrodas sasprindzinātā stāvoklī. Ikdienas dzīves piemēri, kas saistīti ar šo, ir virve, kas tur klinšu alpīnistus, stieple, kas tur liftus, stieples, bagāžas troses vai konteinerus kuģu iekraušanas un izkraušanas sistēmās utt. Stiepes troses, stieples vai virves piedzīvo stiepes deformāciju stiepes spiediena dēļ. Stiepes spiedienu definējam kā stiepes izturības (F) attiecību pret objekta šķērsgriezuma laukumu (A). Savukārt stiepes deformācija ir definēta kā garuma pieauguma (Δl) attiecība pret objekta sākotnējo garumu (lo). Janga modulis ir stiepes spiediena un stiepes deformācijas attiecība.
Stiepes spiediens / stiepes deformācija = Janga modulis
F/A: Δl/lo = Y
Ja stiepes spiediens ir mazs, objekta garums pēc spēka noņemšanas atgriezīsies normālā stāvoklī. Ja stiepes spiediens pārsniedz objekta elastību, objekta garums pēc spēka noņemšanas neatgriežas normālā stāvoklī. Ja stiepes spiediens turpina pieaugt, objekts salūzīs.
2.2 Bīdes modulis
Novietojiet biezu grāmatu uz galda virsmas. Novietojiet roku uz grāmatas virsmas un bīdiet grāmatas virsmu uz priekšu. Jūsu spiediens iedarbojas uz grāmatas augšējo virsmu, un tā virziens ir uz priekšu, paralēli grāmatas virsmai. Grāmatas apakšējo virsmu miera stāvoklī notur statiskā berze pretējā virzienā nekā spiediens. Sākumā grāmatas forma bija kvadrātveida vai taisnstūrveida, bet pēc stumšanas grāmatas forma pārvērtās paralelogramā. Grāmatas formas izmaiņas ir viens no bīdes deformācijas piemēriem bīdes spiediena ietekmē.
Bīdes spiediens ir definēts kā spēka (F) attiecība pret virsmas laukumu (A), kas tiek nobīdīts. Bīdes deformācija ir definēta kā Δx attiecība pret objekta augstumu (h). Bīdes spiediena un bīdes deformācijas attiecību sauc par bīdes moduli.
Bīdes spiediens/bīdes deformācija = Bīdes modulis
F/A: Δx/h = Bīdes modulis
2.3 Tilpuma modulis
Dokumentālā filmā par Otro pasaules karu ir redzamas kara ainas jūrā, kurās izmanto zemūdenes. Tā kā valsts zemūdenes vēlas paslēpties no ienaidnieka zemūdenēm, tās ienirst dziļāk un sasniedz gandrīz jūras gultni. Pārsteidzoši, bet zemūdenes siena saplaisāja tā, ka jūras ūdens iekļuva zemūdenes iekšpusē. Zemūdenes siena saplaisāja jūras ūdens spiediena dēļ, kas iedarbojās uz zemūdenes virsmu. Jūras ūdens spiediens ir proporcionāls jūras ūdens dziļumam. Jo dziļāka niršana, jo lielāku jūras ūdens spiedienu tā piedzīvo. Ja zemūdenes sienas konstrukcija nav izturīga, zemūdenes siena saplaisās.
Stāsts par zemūdeni, kas saplaisāja jūras ūdens spiediena dēļ uz visas tās virsmas, ir piemērs objektam, kas piedzīvo tilpuma deformāciju tilpuma spiediena dēļ. Tilpuma spiediens ir definēts kā kopējā spēka (F), kas iedarbojas uz visu objekta virsmu, attiecība pret objekta virsmas laukumu (A). Tilpuma deformācija ir definēta kā tilpuma samazinājuma (-ΔV) attiecība pret objekta sākotnējo tilpumu (Vo). Tilpuma spiediena attiecību pret tilpuma deformāciju sauc par tilpuma moduli.
Tilpuma-spiediena / tilpuma deformācijas = tilpuma modulis
– ΔF/A : ΔV/V o = tilpuma modulis
Cietiem un šķidriem objektiem ir tilpuma modulis, bet tikai cietiem objektiem ir Janga modulis un bīdes modulis.
