Jarná konštanta verzus faktor tuhosti
Konštanta pružiny a faktor tuhosti sú dve veľmi dôležité veličiny pri štúdiu oblasti pružnosti. Tieto veličiny hrajú zásadnú úlohu takmer vo všetkých výpočtoch v tejto oblasti. V tomto článku budeme diskutovať o tom, čo sú konštanta tuhosti a faktor tuhosti, ich definície, aplikácie faktora tuhosti a konštanty pružiny, podobnosti a nakoniec rozdiel medzi faktorom tuhosti a konštantou pružiny.
Jarná konštanta
Elasticita je veľmi užitočná vlastnosť hmoty. Je to schopnosť materiálov vrátiť sa do pôvodného tvaru po odstránení vonkajších síl. Zistilo sa, že sila potrebná na udržanie elastickej pružiny napnutej je úmerná natiahnutej dĺžke pružiny. Konštanta úmernosti je známa ako pružinová konštanta a označuje sa pomocou k. To nám dáva rovnicu F=-kx. Znamienko mínus znamená opačný smer x voči sile. Konštanta pružiny je definovaná ako sila potrebná na natiahnutie pružiny o jednotku dĺžky. Jednotky konštanty pružiny sú Newton na meter. Konštanta pružiny je vlastnosťou objektu. Elastická potenciálna energia systému je množstvo práce, ktorá je potrebná na natiahnutie pružného objektu o danú dĺžku x. Pretože aplikovaná sila F(x)=kx, vykonaná práca sa rovná integrácii F(x) od nuly do x vzhľadom na dx; to sa rovná kx2/2. Preto je potenciálna energia kx2/2. Je potrebné poznamenať, že potenciálna energia akéhokoľvek predmetu pripojeného ku koncu tyče nezávisí od hmotnosti predmetu, ale iba od konštanty pružiny a natiahnutej dĺžky.
Faktor tuhosti (Youngov modul)
Youngov modul je veľmi dôležitá vlastnosť hmoty a používa sa na charakterizáciu tuhosti materiálu. Youngov modul je pomer tlaku na objekt (napätie) k deformácii objektu. Keďže napätie je bezrozmerné, jednotky Youngovho modulu sa rovnajú jednotkám tlaku, čo je Newton na meter štvorcový. Pre niektoré materiály je Youngov modul konštantný v určitom rozsahu napätia. Tieto materiály sa riadia Hookovým zákonom a hovorí sa, že ide o lineárne materiály. Materiály, ktoré nemajú konštantný Youngov modul, sú známe ako nelineárne materiály. Musí byť jasné, že Youngov modul je vlastnosťou materiálu, nie objektu. Rôzne predmety vyrobené z rovnakého materiálu budú mať rovnaký Youngov modul. Youngov modul je pomenovaný po fyzikovi Thomasovi Youngovi. Youngov modul možno tiež definovať ako požadovaný tlak s jednotkovým napätím materiálu. Aj keď sú jednotky Youngovho modulu Pascal, nie sú široko používané. Veľké jednotky ako Mega Pascal alebo Gigapascal sú užitočné jednotky.
Aký je rozdiel medzi konštantou pružiny a faktorom tuhosti?
• Konštanta pružiny je vlastnosťou objektu. Faktor tuhosti je vlastnosťou materiálu.
• Rovnaký objekt vyrobený z rôznych materiálov bude mať rôzne konštanty pružiny.
