1. Hookejev zakon za vzmeti
Če vzmet potegnemo v desno, se bo raztegnila in povečala v dolžino (slika 1). Če vlečna sila ni velika, se ugotovi, da je povečanje dolžine vzmeti (Δx) sorazmerno z velikostjo vlečne sile (F). Z drugimi besedami, večja kot je vlečna sila, večja je dolžina vzmeti. Primerjava velikosti vlečne sile (F) in povečanja dolžine vzmeti (Δx) je konstantna.
Vzmet potegnemo v desno, tako da se njena dolžina poveča za Δx. Povečanje dolžine vzmeti je sorazmerno z vlečno silo.
Narišite graf razmerja med silo (F) in povečanjem dolžine vzmeti (Δx), kjer je F sorazmerna z Δx. Primerjava F z Δx je konstantna.
Razmerje med silo (F) in povečanjem dolžine vzmeti (Δx) je prikazano z istim naklonom grafa (slika 2).
F / Δx = k
F = k Δx
k je vzmetna konstanta ali koeficient elastičnosti vzmeti. To razmerje je prvi opazil Robert Hooke (1635–1703) leta 1678 in je zato postalo znano kot Hookov zakon.
Če sila, ki deluje na vzmet, preseže mejo elastičnosti vzmeti, se po odstranitvi sile dolžina vzmeti ne vrne na svojo prvotno dolžino. Hookejev zakon velja samo za mejo elastičnosti. Meja elastičnosti vzmeti je največja sila, ki jo je mogoče uporabiti na vzmet, preden vzmet trajno spremeni obliko in se dolžina vzmeti ne more več vrniti na svojo prvotno dolžino. Če se sila še naprej povečuje, se vzmet poškoduje.
2. Hookejev zakon za nevzmetne
Hookov zakon velja tudi za vsa trdna telesa. Če na trdno telo deluje zunanja sila, se oblika telesa spremeni. Spremembe oblike teh trdnih teles obravnavamo z uporabo koncepta napetosti in deformacije. Napetost izraža moč sil, ki povzroči spremembo oblike telesa. Deformacija izraža spremembe oblike teles zaradi napetosti. Ugotovljeno je bilo, da je pri minimalni napetosti in deformaciji napetost sorazmerna z deformacijo. Razmerje med napetostjo in deformacijo je konstantno, pri čemer se ta primerjalna konstanta imenuje modul elastičnosti.
Napetost / Deformacija = elastični modul
Ta zveza se imenuje tudi Hookov zakon, pri čemer je napetost sorazmerna z deformacijo, razmerje med napetostjo in deformacijo pa je konstantno. Če sila, ki deluje na predmet, presega elastičnost predmetov, Hookov zakon ne velja. Hookov zakon velja le za meje elastičnosti predmetov.
Obstajajo tri vrste elastičnih modulov: Youngov modul, strižni modul in modul v razsutem stanju.
2.1 Youngov modul
Ko oba konca kabla, žice ali vrvi vlečemo z enako veliko silo in v nasprotni smeri, je kabel, žica ali vrv v napetem stanju. Primeri v vsakdanjem življenju, povezani s tem, vključujejo vrv, ki drži plezalce, žico, ki drži dvigala, žice ali prtljažne vrvi ali zabojnike na nakladalnih in razkladalnih sistemih na ladjah itd. Natezni kabli, žice ali vrvi so pod natezno napetostjo zaradi nateznega tlaka. Natezno napetost definiramo kot razmerje med natezno trdnostjo (F) in površino prečnega prereza predmeta (A). Natezna napetost pa je definirana kot razmerje med povečanjem dolžine (Δl) in začetno dolžino predmeta (lo). Youngov modul je razmerje med natezno napetostjo in natezno napetostjo.
Natezni tlak / natezna deformacija = Youngov modul
F/A : Δl/lo = Y
Če je natezni tlak majhen, se bo dolžina predmeta po odstranitvi sile vrnila v normalno stanje. Če natezni tlak preseže elastičnost predmeta, se dolžina predmeta po odstranitvi sile ne bo vrnila v normalno stanje. Če se natezni tlak še naprej povečuje, se bo predmet zlomil.
2.2 Strižni modul
Na mizo položite debelo knjigo. Postavite roko na površino knjige in jo potisnite naprej. Vaš potisk deluje na zgornjo površino knjige in njeno smer naprej, vzporedno s površino knjige. Spodnjo površino knjige ohranja v mirovanju statično trenje v nasprotni smeri od potiska. Sprva je bila oblika knjige kvadratna ali pravokotna, po potisku pa se je oblika knjige spremenila v paralelogram. Spremembe oblike knjige so primer pojava strižne deformacije zaradi prisotnosti strižnega tlaka.
Strižni tlak je definiran kot razmerje med silo (F) in površino (A), ki se premakne. Strižna deformacija je definirana kot razmerje med Δx in višino predmeta (h). Razmerje med strižnim tlakom in strižno deformacijo se imenuje strižni modul.
Strižni tlak/strižna deformacija = strižni modul
F/A : Δx/h = strižni modul
2.3 Modul elastičnosti
V dokumentarnem filmu o drugi svetovni vojni so prikazani vojni prizori v morju z uporabo podmornic. Ker se želijo skriti pred sovražnimi podmornicami, se podmornica neke države potopi globlje in doseže skoraj morsko dno. Presenetljivo je bila stena podmornice razpokana, tako da je morska voda vdrla v notranjost podmornice. Stena podmornice je bila razpokana zaradi pritiska morske vode na površino podmornice. Tlak morske vode je sorazmeren z globino morske vode. Globlji kot je potop, večji je tlak morske vode, ki ga podmornica doživlja. Če konstrukcija stene podmornice ni močna, bo stena podmornice razpokala.
Zgodba o podmornici, ki je bila razpokana zaradi pritiska morske vode na celotno površino, je primer predmeta, ki doživlja volumsko deformacijo zaradi volumskega tlaka. Volumski tlak je opredeljen kot razmerje med celotno silo (F), ki deluje na celotno površino predmeta, in površino (A) predmeta. Volumska deformacija je opredeljena kot razmerje med zmanjšanjem volumna (-ΔV) in začetnim volumnom (Vo) predmeta. Razmerje med tlakom volumna in volumsko deformacijo se imenuje modul stisljivosti.
Volumski tlak / volumska deformacija = modul stisljivosti
– ΔF/A : ΔV/V o = modul stisljivosti
Trdni in tekoči predmeti imajo modul stisljivosti v razsutem stanju, Youngov modul in strižni modul pa imajo le trdni predmeti.
