Закон Гука и сила упругости — что это, и как проявляется?

Сила упругости — на первый взгляд это словосочетание кажется непонятным. Но на самом деле мы сталкиваемся с работой данной силы ежедневно. Она действует, когда мы опускаемся в мягкое кресло или ложимся на кровать, подхватываем за ремень сумку, растягиваем или сжимаем любые предметы. Разберемся, что именно обозначает сила упругости, и каковы ее свойства.

Закон Гука — деформация тел при растяжении и сжатии

Английский ученый Роберт Гук, живший в 17-м веке, открыл один из основополагающих физических законов. Он установил, что в момент деформации любого тела на это тело воздействует сила, направленная в сторону, обратную движению его частиц, и прямо пропорциональная его удлинению. Сила была названа силой упругости, а измерять ее стали в Ньютонах на квадратный метр — или в H/м2.

Формула, по которой можно найти значение силы упругости, выглядит так: Fупр = - кх. В данной формуле буква «к» — это жесткость тела, или коэффициент пропорциональности, а «х» — показатель удлинения тела. Жесткость тела рассчитывают предварительно, показатель равен силе упругости при деформации на 1 метр.

Сила упругости, открытая Гуком, проявляется в самых разных формах — при сжатии или растягивании тела, при его изгибе или кручении, при сдвигании (в последнем случае речь идет о упругости трения). А по сути своей деформация проявляется в изменении формы и размеров тела при каком-либо воздействии на него.

• Например, сила упругости вступает в действие, когда человек садится на мягкое кресло. Сиденье прогибается под его весом, пружины или материал наполнителя сжимаются и деформируются.
• Хрестоматийный пример действия силы упругости — это опыт с металлическим цилиндром, подвешенным на пружине. Пружина растягивается, а потом останавливается — в тот момент, когда уравновешивается сила тяжести и сила упругости.

Кстати, необходимо отметить, что сила упругости действует на оба тела, участвующих в процессе деформации. Вектор силы всегда направлен перпендикулярно поверхности тел и в сторону, противоположную той, куда смещаются частицы тела. Образно говоря, «задача» силы упругости состоит в том, чтобы вернуть тело к исходной форме и размерам.

Принципы силы упругости активно используются в повседневной жизни. На основе закона Гука разрабатываются амортизаторы, сила упругости учитывается при изготовлении прочных веревок, резинок и канатов.