📘 Вступ
У світі фізики є закони, які не просто пояснюють явища, а стають базою для цілих розділів науки і техніки. Одним із таких є Закон Гука — фундаментальне правило, що описує, як поводяться тіла під час пружної деформації.
Ми щодня маємо справу з пружними силами: коли натягуємо пружину, стискаємо м’яч або навіть стрибаємо на батуті. Усі ці процеси підпорядковуються Закону Гука — одному з найпростіших, але найважливіших фізичних законів.
У цій статті ти дізнаєшся, у чому суть закону, як він застосовується, які має обмеження, і чому він такий важливий у техніці, архітектурі та повсякденному житті.
Відео презентація на тему “Сили пружності”
📐 Що таке Закон Гука?
Закон Гука — це закон, що описує залежність між силою пружності та деформацією тіла при невеликих пружних деформаціях.
📏 Формулювання закону Гука
Сила пружності прямо пропорційна деформації тіла, але протилежно спрямована:
[latex][ F = -k \cdot x ][/latex]
де:
- F — сила пружності (Н),
- k — жорсткість пружини або пружного елемента (Н/м),
- x — зміщення (деформація) від положення рівноваги (м).
🔸 Прискорення тіла обчислюється як:
[latex][ a = \frac{F}{m} ][/latex]
де:
- a — прискорення тіла (м/с²),
- F — сила, яка діє на тіло (Н),
- m — маса тіла (кг).
🧲 Як це працює?
Уяви, що ти розтягуєш пружину. Чим більше ти її розтягуєш, тим сильніше вона намагається повернутись у вихідне положення. Саме цю силу і описує Закон Гука.
Але важливо пам’ятати: закон діє тільки в межах пружної деформації — тобто, поки тіло повертається до початкової форми після припинення дії сили. Якщо перевищити цю межу — виникають пластичні деформації, і закон уже не працює.
🧪 Приклади з життя
- Пружини в механізмах — від амортизаторів у машинах до канцелярських затискачів.
- Ваги з пружинами — вимірюють масу тіла, зважаючи на деформацію.
- Тренажери й еспандери — чим сильніше тягнеш, тим більша сила опору.
- Підвісні мости й будівельні конструкції — інженери використовують розрахунки на основі Закону Гука для стабільності.
🧠 Цікаві факти
- Закон названо на честь Роберта Гука, англійського фізика XVII століття. У 1676 році він вперше описав цей закон латинською фразою: “Ut tensio, sic vis” — «як розтяг, так і сила».
- Коефіцієнт жорсткості kkk залежить від матеріалу і розмірів тіла.
- Закон Гука лежить в основі роботи акселерометрів у смартфонах і фітнес-браслетах.
- У нанофізиці цей закон діє навіть на рівні атомних структур — наприклад, в експериментах із графеном.
⚠️ Обмеження Закону Гука
Закон працює тільки в межах пружної деформації. Якщо силу збільшити надмірно:
- тіло деформується незворотно (пластична деформація),
- або розірветься/зламається,
- і формула вже не застосовується.
Тому в інженерії важливо визначити межу пружності — точку, після якої тіло більше не відновлюється.
🧮 Приклад задачі
Задача:
Пружину розтягнули на 5 см. Жорсткість пружини — 100 Н/м.
Яка сила пружності діє на руку?
Розв’язання:
[latex][ x = 0{,}05 \ \text{м}, \quad k = 100 \ \text{Н/м} ][/latex]
[latex][ F = -k \cdot x ][/latex]
[latex][ F = -100 \cdot 0{,}05 = -5 \ \text{Н} ][/latex]
Відповідь: сила пружності становить 5 Н і спрямована у зворотний бік до розтягування.
🌐 Застосування у науці та техніці
- Будівництво: визначення гнучкості балок, арок, мостів.
- Інженерія: конструювання амортизаторів, ресор, пружних опор.
- Медицина: розрахунки в ортопедичних приладах.
- Космічна галузь: контроль коливань супутників і кораблів.
✅ Висновок
Закон Гука — простий, але дуже потужний фізичний закон, який дозволяє передбачити, як тіло поводитиметься при прикладенні сили. Його розуміння — основа для розв’язання безлічі практичних задач у техніці, науці, інженерії та навіть повсякденному житті.
🗨️ Поділись думками
🔹 Чи зустрічав(ла) ти приклади Закону Гука в реальному житті?
🔹 Що найбільше здивувало чи стало відкриттям?
Напиши в коментарях — подискутуємо разом!