弾性の法則として知られるフックの法則は、1660 年にロバート フックというイギリスの科学者によって提唱されました。フックの法則によると、「オブジェクトが比較的わずかな変形を受けるときはいつでも、変形のサイズは変位荷重または力に正比例します。」さらに、フックの法則は弾性の優れた例であり、何らかの形で変形した後、オブジェクトまたは材料が元の形状に戻る傾向として定義されます。標準または元のフォームに戻る機能は、「復元力」として定義されます。
1676 年、フックは最初に律法をラテン語のアナグラムとして提示しました。 1678 年に、彼は自分のアナグラムに対する答えを発表しました (「延長として、したがって力」または「延長は力に比例する」)。 1678 年のエッセイで、フックは 1660 年以来法則を認識していたと主張しています。
フックの法則によれば、生命力は発生する「伸び」に比例します。力が加えられたときにバネやその他の弾性体がもたらす反作用は、フックの法則、つまり 1 次線形近似によって近似されます。法は、条件の集まりによって最終的に失敗します。力が特定のしきい値を超えると、材料が最小圧縮サイズに達するか、材料が最大伸縮サイズを超えて伸びると、通常は失敗します。代わりに、しきい値に達すると、不可逆的な変形または状態変化が発生します。そのような限界に達する前であっても、いくつかの材料はフックの法則から逸脱し始めます.
一方、大部分の固体物質については、フックの法則が適切な近似であると言えます。その結果、適度な力と変形が主な決定要因になります。フックの法則は、幅広い科学的および技術的分野で使用されています。これは、分子力学、地震学、音響学など、多くの科学分野の基礎となっています。機械式時計のガルバノメーター、ぜんまい目盛り、マノメーター、バランスホイールはすべてこの法則に依存しています。
一般的なスカラー スプリング
フックの一般的なスケーラー スプリングの規則は、変形または応力が快いまたは不快な 1 つの数値で記述できる限り、一般に、任意の複雑さの弾性アイテムに適用されます。せん断力 Fs とプレート x の横方向の変位 x は、2 つの平行なプレートにリンクされたゴムのブロックが圧縮によって膨張するのではなく、せん断によって変形するときはいつでもフックの法則に従います (十分に小さな変形の場合)。
まっすぐな鉄筋とコンクリート梁 (構造物に使用されるものなど) が、中間点に置かれた重り F によって曲げられるときはいつでも、フックの法則が適用されます。無負荷形状に対して横方向に評価された梁の変化は、この例では変位 x のようです。鋼線を伸ばし、一方の端に付いているレバーを押してねじる場合に適用される法律です。このシナリオでは、Fs はレバーに加えられる力を表し、x はレバーの円形経路に沿って移動した距離を表します。あるいは、Fs をレバーによってワイヤーの端に加えられるトルクとし、x はその端が回転する角度を示します。どちらの場合も Fs は x に比例します (ただし、定数 k は異なります)。
類似の法律
フックの法則は、2 つの数の間の単純な比例関係です。その定式化と効果は、電場による流体運動や誘電分極を定義するものを含む、他の多くの物理法則に数学的に匹敵します。
弾性応力を歪みに関連付けるテンソル方程式 =c は、粘性流体の流れにおける粘性応力テンソルと歪み速度テンソルを関連付ける方程式と非常によく似ています。ただし、前者は静的応力 (変形量に関連) に関係していますが、後者は動的応力 (変形速度に関連) に関係しています。
結論
フックの一般的なスカラー スプリングの法則は、歪みと圧倒的な部分の両方が正または負の単一の数値で表現できる限り、オプションの収集構成を持つ柔軟なものに適用されます。見分けがつかない 2 枚のプレートに取り付けられた四角形の柔軟材が、成形または粉砕ではなくせん断によって曲げられるときはいつでも、せん断力 Fs とプレートの横方向の偏位 x はフックの法則に従います (取るに足らない十分なねじれの場合)。フックの一般的なスカラー スプリングの重要性は、まっすぐなスチール バーと強力なシャフトが、中間点に固定された重り F によって曲げられ、2 つのピークに追いつくことができた場合にも常に適用されます。
