“Hooke의 법칙은 재료의 변형 또는 변형이 탄성 한계 내에있을 때 변형력 또는 응력에 직접 그리고 긍정적으로 변한다 고 말합니다.”.
스프링스는 항상 저를 흥미롭게 해주었습니다. 그래서 나는 펜을 풀고 봄에 내 손을 잡기 위해 내용물을 비우고 많은 펜을 파괴했습니다. 스프링의 한쪽 끝을 잡아 당기는 것은 재미있었습니다. 그러나 재미 있지 않은 것은 너무 세게 잡아 당기고 있었는데, 봄이 영구적으로 뻗어 나갈 것입니다.
볼 펜의 스프링은 Hooke의 법칙에 준수하는 가장 간단한 재료입니다. (사진 크레딧 :Dr.Pixel/Shutterstock)
원래 모양으로 복원하려는 모든 시도는 무의미합니다. 더 많은 연구에서 나는 더 흥미로운 것을 발견했다. 모든 자료에는 'Springiness'또는 더 과학적으로 탄성 가 있습니다 다양한 측정에서.
탄성과 가소성이란 무엇입니까?
물체의 물리적 구성을 변경하는 힘은 응력으로 알려져 있습니다. 그러한 스트레스 하에서 변형되는 물체는 긴장을 받고 있다고합니다. 물체의 탄력성은 이러한 응력을 철회 할 때 원래 구성으로 돌아가는 경향을 나타냅니다. 즉, 무한히 또는 '완벽하게'탄성이없는 재료는 없습니다. 영구적으로 변형되는 지점이 있습니다. 어떤 경우에는 파손될 수도 있습니다. 영구 변형이 발생하는 임계 값을 탄성 한계라고합니다. 탄력성에 대한 반대, 재료가 영구적 인 물리적 변형을 겪는 경향은 가소성이라고합니다.
공통 캡션 삽입 - 고무 밴드와 퍼티는 탄성 및 플라스틱 물질의 좋은 예입니다. (사진 크레딧 :Sharomka &Whiteaster/Shutterstock)
따라서, 모든 재료는 다양한 측정에서 탄성과 가소성을 가지고 있으며, 두 가지는 서로 분리 될 수 없습니다. 일부 재료는 다른 재료보다 탄력적입니다. 매우 탄력있는 재료의 좋은 예는 고무 밴드입니다. 그러나 가장 신축성 고무 밴드조차도 어느 시점에서 스냅하지 않고는 스트레칭 할 수 없습니다. 마찬가지로, 퍼티 한 덩어리는 매우 플라스틱 재료입니다. 즉, 육안으로 보이지 않을 수도있는 '반동'을 경험합니다.
Hooke의 법칙은 스트레스에 대한 스트레스 그래프를 플로팅하여 표현됩니다. 이 시점에서 스트레인은 스트레스의 적용에 의해 유도 된 변형입니다.
.탄성 영역 내에서 변형의 증가는 응력에 직접 비례합니다. 탄성 한계에 도달 할 때까지 재료는 원래 상태로 돌아갈 수 있습니다.
탄성 한계를 넘어서, Hooke의 응력과 변형 사이의 직접 비례 법칙은 적용되지 않습니다. 이 단계에서, 스트레스 하의 재료는 가역적 변형의 지점을 넘었다. 이 지역은 플라스틱 영역으로 알려져 있으며이 지역 내에서 발생하는 모든 변형은 영구적입니다.
플라스틱 지역에는 응력이 거의 또는 전혀 증가하지 않으면 빠른 변형이 발생합니다. 이것은 항복점으로 알려져 있으며, 일반적으로 재료의 골절로 알려진 기계적 고장의 출발점입니다.
응력이 항복점을 넘어 증가함에 따라 궁극적 인 인장 응력 지점에 도달합니다. 이 시점 이후, 재료는 수축을 시작하고 마지막으로 골절을 시작합니다.
Hooke 's Law에서의 편차
비 후키 재료는 응력 균주 곡선에서 가장 초기 단계에서도 Hooke의 법칙을 준수하지 않음에 따라 확인됩니다.
이러한 자료는 원래 구성 또는 에너지를 회복하지 않습니다.
고도로 플라스틱, 취성 또는 심지어 연성 물질은 본질적으로 비 후키 재료입니다. 일부 예는 천 (고도로 플라스틱); 유리 또는 주철 (매우 부서지기) 및 구리 (매우 연성)
유리는 변형 부하 및 산산조각을 유지할 수 없습니다 (사진 크레디트 :Kichigin/Shutterstock)
Neo-hookean 재료
재료 과학의 발전으로 네오 후키 재료도 확인되었습니다. 네오 후키 재료는 본질적으로 과민성이며 원래 상태를 회복 할 수 있음에도 불구하고 Hooke의 법칙을 준수하지는 않습니다. 응력-변형 관계는 온도, 점도 및 내부 재료 구조와 같은 다른 요인에 의해 관리됩니다.
고무, 수지 및 납치 틴과 같은 과산성 물질은 네오 쿠안 재료입니다.
Hooke 's Law의 적용
Spring Balances는 Hooke 's Law의 간단하면서도 효과적인 적용입니다 (Photo Credit :Ivan Orekhov/Shutterstock)
Hooke의 법칙과의 많은 편차가 있지만 짧은 범위의 스트레스에도 보편적으로 받아 들여지고 대부분의 재료에 적용됩니다. 그것은 긴장과 압축에 대해 작동하는 많은 기계와 장비의 기초를 형성합니다.
Hooke의 법칙에 대한 일반적인 적용은 Bourdon Tubes, Spring Balances 및 Manometers에서 볼 수 있습니다.
