1. Хуков закон за опруге
Ако се опруга повуче удесно, опруга ће се истегнути и повећати дужину (слика 1). Ако сила вуче није велика, утврђено је да је повећање дужине опруге (Δx) пропорционално величини силе вуче (F). Другим речима, што је већа сила вуче, већа је дужина опруге. Поређење величине силе вуче (F) и повећања дужине опруге (Δx) је константно.
Опруга се вуче удесно тако да се њена дужина повећава за Δx. Повећање дужине опруге је пропорционално сили вуче.
Прикажите графички везу између силе (F) и повећања дужине опруге (Δx), где је F пропорционална Δx. Поређење F са Δx је константно.
Однос силе (F) и повећања дужине опруге (Δx) је назначен истим нагибом графика (слика 2).
Ф / Δx = k
Ф = к Δx
k је константа опруге или коефицијент еластичности опруге. Ову везу је први приметио Роберт Хук (1635 – 1703) 1678. године и стога је позната као Хуков закон.
Ако сила која се примењује на опругу прелази границу еластичности опруге, након што се сила уклони, дужина опруге се не враћа на своју првобитну дужину. Хуков закон важи само за границу еластичности. Граница еластичности опруге је максимална сила која се може применити на опругу пре него што опруга трајно промени облик и пре него што се дужина опруге не може вратити на своју првобитну дужину. Ако сила настави да се повећава, опруга је оштећена.
2. Хуков закон за не-опружине
Хуков закон се такође примењује на сва чврста тела. Ако је на чврсто тело дата спољашња сила, тада тело мења облик. Разматрамо промене облика ових чврстих тела користећи концепт напона и деформације. Напон изражава снагу сила која узрокује промену облика тела. Деформација изражава промене облика тела услед напона. Утврђено је да је за минимални напон и деформацију, напон пропорционалан напону. Однос напона и деформације је константан, где се ова упоредна константа назива модул еластичности.
Напрезање / Деформација = еластични модули
Ова веза се назива и Хуков закон, под условима да је напон пропорционалан деформацији и да је однос између напона и деформације константан. Ако сила која делује на објекат превазилази еластичност објеката, Хуков закон се не примењује. Хуков закон се примењује само на границе еластичности објеката.
Постоје три врсте модула еластичности, Јангов модул, модул смицања и модул еластичности у расутом стању.
2.1 Јангов модул еластичности
Када се оба краја кабла, жице или ужета вуку силом исте величине и супротног смера, кабл, жица или уже је у стању затезања. Примери из свакодневног живота повезани са овим укључују уже које држи пењаче по стенама, жицу која држи лифтове, жице или конопце за пртљаг или контејнере на системима за утовар и истовар на бродовима итд. Затезни каблови, жице или уже трпе затезно напрезање услед затезног притиска. Затезни притисак дефинишемо као однос затезне чврстоће (F) и површине попречног пресека објекта (A). Док се затезно напрезање дефинише као однос повећања дужине (Δl) и почетне дужине објекта (lo). Јангов модул еластичности је однос затезног притиска и затезног напрезања.
Затезни притисак / затезна деформација = Јангов модул еластичности
Ф/А: Δl/lo = Y
Ако је затезни притисак мали, дужина објекта ће се вратити у нормалу након што се сила уклони. Ако затезни притисак прелази еластичност објекта, дужина објекта се не враћа у нормалу након што се сила уклони. Ако затезни притисак настави да расте, објекат ће се сломити.
2.2 Модул смицања
Поставите дебелу књигу на површину стола. Ставите руку на површину књиге и гурајте површину књиге напред. Ваш притисак делује на горњу површину књиге и њен смер напред, паралелно са површином књиге. Доња површина књиге се држи у мировању статичким трењем у супротном смеру од притиска. У почетку је облик књиге био квадратан или правоугаоник, након гурања, облик књиге се претворио у паралелограм. Промене у облику књиге су један пример појаве смицајног напрезања услед присуства смицајног притиска.
Притисак смицања је дефинисан као однос силе (F) и површине (A) која се помера. Напрезање смицања је дефинисано као однос Δx и висине објекта (h). Однос притиска смицања и напрезања смицања назива се модул смицања.
Притисак смицања/напрезање смицања = Модул смицања
F/A : Δx/h = Модул смицања
2.3 Модул еластичности
У документарном филму о Другом светском рату, приказују се ратне сцене у мору са подморницама. Да би се сакриле од непријатељских подморница, подморнице једне државе зароне дубље и досегну скоро морско дно. Изненађујуће, зид подморнице је напукао тако да је морска вода ушла у унутрашњост подморнице. Зид подморнице је напукао због притиска који је морска вода деловала на површину подморнице. Притисак морске воде је пропорционалан дубини морске воде. Што је дубље заронити, то је већи притисак морске воде који подморница трпи. Ако конструкција зида подморнице није јака, зид подморнице ће пући.
Прича о подморници која је напукла због притиска морске воде на целу површину је пример објекта који доживљава запреминско напрезање услед запреминског притиска. Запремински притисак је дефинисан као однос укупне силе (F) која делује на целу површину објекта и површине (A) објекта. Запреминска деформација је дефинисана као однос смањења запремине (-ΔV) и почетне запремине (Vo) објекта. Однос притиска запремине и запреминске деформације назива се модул еластичне еластичности.
Запремински притисак / запремински напон = модул стишљивости
– ΔF/A : ΔV/Vo = модул стишљивости
Чврсти и течни објекти имају модул еластичности у расутом стању, али само чврсти објекти имају Јангов модул еластичности и модул смицања.
