Musim semi adalah keajaiban teknik manusia dan kreativitas. Fungsi-fungsi ini pada gilirannya memungkinkan penciptaan banyak objek buatan manusia, yang sebagian besar muncul sebagai bagian dari Revolusi Ilmiah selama akhir abad ke-17 dan ke-18.
Sebagai objek elastis yang digunakan untuk menyimpan energi mekanik, aplikasi untuk mereka sangat luas, memungkinkan hal-hal seperti sistem suspensi otomotif, jam pendulum, selubung tangan, mainan putar, jam tangan, perangkap tikus, perangkat mikromirror digital, dan tentu saja , si Slinky.
Seperti banyak perangkat lain yang ditemukan selama berabad-abad, diperlukan pemahaman dasar tentang mekanika sebelum dapat digunakan secara luas. Dalam hal mata air, ini berarti memahami hukum elastisitas, torsi dan kekuatan yang ikut berperan - yang bersama-sama dikenal sebagai Hukum Hooke.
Hukum Hooke adalah prinsip fisika yang menyatakan bahwa gaya yang diperlukan untuk memperpanjang atau memampatkan pegas pada jarak tertentu sebanding dengan jarak itu. Hukum ini dinamai sesuai dengan fisikawan Inggris abad ke-17 Robert Hooke, yang berusaha menunjukkan hubungan antara kekuatan yang diterapkan pada pegas dan elastisitasnya.
Dia pertama kali menyatakan hukum pada 1660 sebagai anagram Latin, dan kemudian menerbitkan solusi pada 1678 sebagai ut tensio, sic vis - yang diterjemahkan, berarti "sebagai ekstensi, jadi gaya" atau "ekstensi sebanding dengan gaya").
Ini dapat dinyatakan secara matematis sebagai F = -kXdimana F adalah gaya yang diterapkan pada pegas (baik dalam bentuk regangan atau tegangan); X adalah perpindahan pegas, dengan nilai negatif menunjukkan bahwa perpindahan pegas setelah direntangkan; dan k adalah konstanta pegas dan detail seberapa kaku itu.
Hukum Hooke adalah contoh klasik pertama dari penjelasan elastisitas - yang merupakan properti dari suatu benda atau material yang menyebabkannya dikembalikan ke bentuk aslinya setelah distorsi. Kemampuan untuk kembali ke bentuk normal setelah mengalami distorsi dapat disebut sebagai "kekuatan pemulih". Dipahami dari segi Hukum Hooke, gaya pemulih ini umumnya sebanding dengan jumlah "peregangan" yang dialami.
Selain mengatur perilaku mata air, Hukum Hooke juga berlaku dalam banyak situasi lain di mana tubuh elastis berubah bentuk. Ini dapat mencakup apa saja mulai dari menggembungkan balon dan menarik karet gelang hingga mengukur jumlah kekuatan angin yang dibutuhkan untuk membuat bangunan tinggi melengkung dan bergoyang.
Undang-undang ini telah memiliki banyak aplikasi praktis yang penting, dengan salah satunya adalah penciptaan roda keseimbangan, yang memungkinkan pembuatan jam mekanik, arloji portabel, skala pegas dan manometer (alias pengukur tekanan). Juga, karena ini adalah perkiraan dekat dari semua benda padat (selama kekuatan deformasi cukup kecil), banyak cabang ilmu pengetahuan dan teknik juga berhutang budi kepada Hooke karena membuat undang-undang ini. Ini termasuk disiplin ilmu seismologi, mekanika molekuler dan akustik.
Namun, seperti kebanyakan mekanika klasik, Hukum Hooke hanya bekerja dalam kerangka referensi terbatas. Karena tidak ada bahan yang dapat dikompresi di luar ukuran minimum tertentu (atau direntangkan melampaui ukuran maksimum) tanpa beberapa deformasi permanen atau perubahan keadaan, itu hanya berlaku selama jumlah kekuatan atau deformasi yang terlibat terbatas. Faktanya, banyak material akan menyimpang dari hukum Hooke jauh sebelum batas-batas elastis tercapai.
Namun, dalam bentuk umumnya, Hukum Hooke kompatibel dengan hukum keseimbangan statis Newton. Bersama-sama, mereka memungkinkan untuk menyimpulkan hubungan antara regangan dan stres untuk objek kompleks dalam hal bahan intrinsik dari sifat-sifatnya. Sebagai contoh, seseorang dapat menyimpulkan bahwa batang homogen dengan penampang seragam akan berperilaku seperti pegas sederhana ketika diregangkan, dengan kekakuan (k) berbanding lurus dengan luas penampang dan berbanding terbalik dengan panjangnya.
Hal lain yang menarik tentang hukum Hooke adalah bahwa itu adalah contoh sempurna dari Hukum Pertama Termodinamika. Setiap pegas ketika dikompresi atau diperpanjang hampir secara sempurna menghemat energi yang diterapkan padanya. Satu-satunya energi yang hilang adalah karena gesekan alami.
Selain itu, hukum Hooke mengandung di dalamnya fungsi periodik seperti gelombang. Pegas yang dilepaskan dari posisi cacat akan kembali ke posisi semula dengan kekuatan proporsional berulang kali dalam fungsi periodik. Panjang gelombang dan frekuensi gerakan juga dapat diamati dan dihitung.
Teori elastisitas modern adalah variasi umum pada hukum Hooke, yang menyatakan bahwa regangan / deformasi objek atau bahan elastis sebanding dengan tekanan yang diterapkan padanya. Namun, karena tegangan umum dan regangan mungkin memiliki beberapa komponen independen, “faktor proporsionalitas” mungkin tidak lagi hanya berupa bilangan real tunggal.
Contoh yang baik dari ini adalah ketika berhadapan dengan angin, di mana tekanan yang diberikan bervariasi dalam intensitas dan arah. Dalam kasus-kasus seperti ini, yang terbaik adalah menggunakan peta linier (alias. Tensor) yang dapat diwakili oleh matriks bilangan real, bukan nilai tunggal.
Jika Anda menikmati artikel ini ada beberapa yang lain yang akan Anda nikmati di Space Magazine. Berikut ini salah satu tentang kontribusi Sir Isaac Newton untuk banyak bidang ilmu pengetahuan. Inilah artikel yang menarik tentang gravitasi.
Ada juga beberapa sumber daring yang bagus, seperti kuliah tentang Hukum Hooke yang dapat Anda tonton di academicearth.org. Ada juga penjelasan bagus tentang elastisitas pada howstuffworks.com.
Anda juga dapat mendengarkan Episode 138, Mekanika Kuantum dari Astronomi Cast untuk informasi lebih lanjut.
Sumber:
Hyperphysics
Fisika 24/7
