Mata air adalah keajaiban kejuruteraan dan kreativiti manusia. Fungsi-fungsi ini seterusnya memungkinkan penciptaan banyak objek buatan manusia, yang kebanyakannya muncul sebagai bagian dari Revolusi Ilmiah pada akhir abad ke-17 dan ke-18.
Sebagai objek elastik yang digunakan untuk menyimpan tenaga mekanikal, aplikasi untuknya sangat luas, memungkinkan hal-hal seperti sistem penggantungan automotif, jam pendulum, sarung tangan, mainan penggulung, jam tangan, perangkap tikus, peranti mikro-digital, dan tentu saja , Slinky.
Seperti banyak alat lain yang dicipta selama berabad-abad, pemahaman asas mengenai mekanik diperlukan sebelum dapat digunakan secara meluas. Dari segi mata air, ini bermaksud memahami undang-undang keanjalan, kilasan dan kekuatan yang berlaku - yang bersama-sama dikenal sebagai Hooke's Law.
Hooke's Law adalah prinsip fizik yang menyatakan bahawa kekuatan yang diperlukan untuk memanjangkan atau memampatkan spring pada jarak tertentu sebanding dengan jarak itu. Undang-undang ini dinamakan sempena ahli fizik Inggeris abad ke-17 Robert Hooke, yang berusaha untuk menunjukkan hubungan antara kekuatan yang diterapkan pada mata air dan keanjalannya.
Dia pertama kali menyatakan undang-undang pada tahun 1660 sebagai anagram Latin, dan kemudian menerbitkan penyelesaiannya pada tahun 1678 sebagai ut tensio, sic vis - yang diterjemahkan, bermaksud "sebagai perpanjangan, jadi kekuatan" atau "perpanjangan sebanding dengan kekuatan").
Ini dapat dinyatakan secara matematik sebagai F = -kX, di mana F ialah daya yang dikenakan pada musim bunga (sama ada dalam bentuk regangan atau tekanan); X ialah anjakan spring, dengan nilai negatif yang menunjukkan bahawa anjakan spring apabila diregangkan; dan k adalah pemalar spring dan perincian betapa kaku itu.
Hukum Hooke adalah contoh klasik pertama dari penjelasan keanjalan - yang merupakan harta benda atau bahan yang menyebabkannya dipulihkan ke bentuk asalnya setelah distorsi. Keupayaan ini untuk kembali ke bentuk normal setelah mengalami distorsi dapat disebut sebagai "kekuatan pemulihan". Memahami dari segi Hooke's Law, kekuatan pemulihan ini umumnya sebanding dengan jumlah "regangan" yang dialami.
Selain mengatur perilaku mata air, Hooke's Law juga berlaku dalam banyak situasi lain di mana badan elastik cacat. Ini boleh merangkumi apa-apa dari mengembang balon dan menarik gelang getah hingga mengukur jumlah kekuatan angin yang diperlukan untuk membuat lengkungan dan goyangan bangunan tinggi.
Undang-undang ini mempunyai banyak aplikasi praktikal yang penting, salah satunya adalah pembuatan roda keseimbangan, yang memungkinkan penciptaan jam mekanik, jam tangan mudah alih, skala pegas dan manometer (alias pengukur tekanan). Juga, kerana ini adalah pendekatan yang dekat dengan semua benda padat (asalkan kekuatan ubah bentuknya cukup kecil), banyak cabang sains dan kejuruteraan juga berhutang kepada Hooke untuk membuat undang-undang ini. Ini termasuk disiplin seismologi, mekanik molekul dan akustik.
Namun, seperti kebanyakan mekanik klasik, Hooke's Law hanya berfungsi dalam kerangka rujukan yang terhad. Oleh kerana tidak ada bahan yang dapat dimampatkan melebihi ukuran minimum tertentu (atau diregangkan melebihi ukuran maksimum) tanpa sedikit ubah bentuk atau perubahan keadaan, bahan itu hanya berlaku selama jumlah daya atau ubah bentuk yang terbatas terlibat. Sebenarnya, banyak bahan jelas akan menyimpang dari undang-undang Hooke sebelum had elastik tersebut tercapai.
Namun, dalam bentuk umum, Hooke's Law sesuai dengan undang-undang keseimbangan statik Newton. Bersama-sama, mereka memungkinkan untuk menyimpulkan hubungan antara ketegangan dan tekanan untuk objek kompleks dari segi bahan intrinsik sifat yang terbuat dari itu. Sebagai contoh, seseorang dapat menyimpulkan bahawa batang homogen dengan keratan rentas seragam akan berkelakuan seperti spring sederhana ketika diregangkan, dengan kekakuan (k) berkadar terus dengan luas keratannya dan berkadar sebaliknya dengan panjangnya.
Perkara lain yang menarik mengenai undang-undang Hooke adalah bahawa ia adalah contoh sempurna dari Hukum Termodinamik Pertama. Sebarang musim bunga apabila dimampatkan atau dilanjutkan hampir dengan sempurna menjimatkan tenaga yang dikenakan kepadanya. Satu-satunya tenaga yang hilang adalah disebabkan oleh geseran semula jadi.
Selain itu, hukum Hooke mengandung di dalamnya fungsi berkala seperti gelombang. Mata air yang dilepaskan dari kedudukan yang cacat akan kembali ke kedudukan semula dengan daya berkadar berulang kali dalam fungsi berkala. Panjang gelombang dan kekerapan pergerakan juga dapat diperhatikan dan dikira.
Teori keanjalan moden adalah variasi umum pada hukum Hooke, yang menyatakan bahawa regangan / ubah bentuk objek atau bahan elastik adalah sebanding dengan tekanan yang dikenakan kepadanya. Namun, kerana tekanan dan tekanan umum mungkin mempunyai banyak komponen bebas, "faktor proporsionaliti" mungkin tidak lagi hanya satu bilangan nyata.
Contoh yang baik adalah ketika berhadapan dengan angin, di mana tekanan yang diberikan berbeza-beza dalam intensiti dan arahnya. Dalam kes seperti ini, yang terbaik adalah menggunakan peta linier (alias tensor) yang dapat ditunjukkan oleh matriks nombor nyata dan bukan satu nilai.
Sekiranya anda menikmati artikel ini terdapat beberapa artikel lain yang akan anda nikmati di Space Magazine. Inilah salah satu sumbangan Sir Isaac Newton dalam banyak bidang sains. Berikut adalah artikel menarik mengenai graviti.
Terdapat juga beberapa sumber hebat dalam talian, seperti kuliah Hooke's Law yang boleh anda tonton di academicearth.org. Terdapat juga penjelasan mengenai keanjalan pada howstuffworks.com.
Anda juga boleh mendengar Episode 138, Quantum Mechanics dari Astronomy Cast untuk maklumat lebih lanjut.
Sumber:
Hyperphysics
Fizik 24/7
