قانون هوك

• تمدد الزنبرك (قانون هوك)

« زرع هوك بذور العديد من العلوم […]. فقد كانت أعماله رائدة في دراسة الحشرات، والاحتكاك، وقوة ومرونة المواد، وعلم الأرصاد الجوية، وعلم المحيطات، والمذنبات، والتطور، والجيولوجيا، والبلورات، والضوء، والحرارة، والصوت، والاحتراق، والتنفس. وكانت رؤاه المتعلقة بالضوء وحركة الكواكب ذات أهمية كبيرة في تمهيد الطريق ».

في علم الميكانيكا، يُعد قانون هوك للمرونة تقريبًا ينص على أن مقدار تشوه الجسم المادي (الانفعال) يرتبط ارتباطًا خطيًّا بالقوة المسببة للتشوه (الإجهاد). وتُعرف المواد التي يُعد قانون هوك تقريبًا مفيدًا لها بالمواد المرنة خطيًّا أو «الهوكية». وبالنسبة للأنظمة التي تخضع لقانون هوك، فإن الامتداد الناتج يتناسب طرديًّا مع الحمل.

F هي قوة الرجوع التي تمارسها المادة (عادةً بالنيوتن)، و k هي ثابت القوة (أو ثابت الزنبرك). ووحدة هذا الثابت هي القوة لكل وحدة طول (عادةً بالنيوتن لكل متر).

إذا كان هذا صحيحًا، فإننا نقول إن هذا السلوك خطي. وعند تمثيله بيانيًّا، يجب أن يُظهر الخط ترابطًا مباشرًا. توجد علامة سالبة على الجانب الأيمن من المعادلة لأن قوة الرجوع تعمل دائمًا في الاتجاه المعاكس للإزاحة على المحور س (فعندما يتم شد الزنبرك إلى اليسار، فإنه يشد نفسه عائدًا إلى اليمين).

إذا تم إجراء القياسات بدقة، وإذا لم يتعرض الزنبرك لأي إجهاد، فستكون هناك علاقة فريدة بين عدد الكتل وطول الزنبرك.

إذا قمت برسم منحنى يوضح طول الزنبرك كدالة للوزن المطبق، فستقع النقاط التجريبية (تقريبًا) على خط مستقيم؛ لذا فإن القوة والطول في هذه الحالة يمثلان تطبيقًا نموذجيًّا للعلاقة الرياضية التي تصف التناسب المباشر.

من المفيد، من أجل الفهم الصحيح لمبدأ التناسب المباشر، رسم بعض البيانات التجريبية أعلاه.

ومع ذلك، يجب أن نلاحظ أن القياسات المطلوبة لهذه التجربة تُجرى باتباع إجراء تجريبي معكوس: فنحن نرسم منحنى يربط بين وزن الكتل المحملة ومدى تمدد الزنبرك. وفي الواقع، فإننا نقيس مدى التمدد المقابل لكل كتلة معروفة.

ويؤدي هذا الإجراء العكسي إلى تبسيط عملية القياس والحد من الأخطاء التي تحدث أثناء القياسات، ولهذا السبب يُفضل استخدامه في العديد من التجارب الأخرى.

يتناسب تشوه الجسم المرن تناسبًا مباشرًا مع قوة التشوه. ولا تعتمد قيمة k إلا على طبيعة الجسم.

• نابض فولاذي مزود بمؤشر — MEC-017
• ميزان ذو وجهين، مطبوع بالشاشة الحريرية — MEC-002
• خطاف نحاسي M3، 3 × 50 مم (القطر × الطول) — MEC-043