Spring Constant vs Stiffness Factor
Η σταθερά ελατηρίου και ο συντελεστής ακαμψίας είναι δύο πολύ σημαντικές ποσότητες κατά τη μελέτη του πεδίου της ελαστικότητας. Αυτές οι ποσότητες παίζουν ζωτικό ρόλο σε όλους σχεδόν τους υπολογισμούς σε αυτόν τον τομέα. Σε αυτό το άρθρο, θα συζητήσουμε τι είναι η σταθερά ελατηρίου και ο συντελεστής ακαμψίας, οι ορισμοί τους, οι εφαρμογές του συντελεστή ακαμψίας και της σταθεράς ελατηρίου, οι ομοιότητες και τέλος η διαφορά μεταξύ του συντελεστή ακαμψίας και της σταθεράς ελατηρίου.
Σταθερά άνοιξης
Η ελαστικότητα είναι μια πολύ χρήσιμη ιδιότητα της ύλης. Είναι η ικανότητα των υλικών να επανέρχονται στο αρχικό τους σχήμα αφού αφαιρεθούν οι εξωτερικές δυνάμεις. Παρατηρείται ότι η δύναμη που απαιτείται για να διατηρηθεί τεντωμένο ένα ελαστικό ελατήριο είναι ανάλογη με το τεντωμένο μήκος του ελατηρίου. Η σταθερά αναλογικότητας είναι γνωστή ως σταθερά ελατηρίου και συμβολίζεται χρησιμοποιώντας k. Αυτό μας δίνει την εξίσωση F=-kx. Το σύμβολο μείον αντιπροσωπεύει την αντίστροφη φορά του x στη δύναμη. Η σταθερά του ελατηρίου ορίζεται ως η δύναμη που απαιτείται για το τέντωμα του ελατηρίου κατά μονάδα μήκους. Οι μονάδες της σταθεράς του ελατηρίου είναι το Newton ανά μέτρο. Η σταθερά του ελατηρίου είναι μια ιδιότητα του αντικειμένου. Η ελαστική δυναμική ενέργεια του συστήματος είναι η ποσότητα εργασίας που απαιτείται για να τεντώσει το ελαστικό αντικείμενο κατά ένα δεδομένο μήκος x. Εφόσον η δύναμη που εφαρμόζεται F(x)=kx, το έργο που γίνεται είναι ίσο με την ολοκλήρωση του F(x) από το μηδέν στο x, ως προς το dx. που ισούται με kx2/2. Επομένως, η δυναμική ενέργεια είναι kx2/2. Πρέπει να σημειωθεί ότι η δυναμική ενέργεια οποιουδήποτε αντικειμένου που συνδέεται στο άκρο της ράβδου δεν εξαρτάται από τη μάζα του αντικειμένου αλλά μόνο από τη σταθερά του ελατηρίου και το τεντωμένο μήκος.
Συντελεστής ακαμψίας (μέτρο του Young)
Το μέτρο του Young είναι μια πολύ σημαντική ιδιότητα της ύλης και χρησιμοποιείται για να χαρακτηρίσει την ακαμψία του υλικού. Ο συντελεστής Young είναι ο λόγος της πίεσης στο αντικείμενο (πίεση) προς την καταπόνηση του αντικειμένου. Δεδομένου ότι η παραμόρφωση είναι αδιάστατη, οι μονάδες του συντελεστή του Young είναι ίσες με τις μονάδες πίεσης, που είναι Newton ανά τετραγωνικό μέτρο. Για ορισμένα υλικά, ο συντελεστής του Young είναι σταθερός σε κάποιο εύρος τάσης. Αυτά τα υλικά υπακούουν στο νόμο του Χουκ και λέγονται ότι είναι γραμμικά υλικά. Τα υλικά που δεν έχουν σταθερό συντελεστή Young, είναι γνωστά ως μη γραμμικά υλικά. Πρέπει να γίνει ξεκάθαρα κατανοητό ότι το μέτρο του Young είναι ιδιότητα του υλικού και όχι του αντικειμένου. Διαφορετικά αντικείμενα που κατασκευάζονται με το ίδιο υλικό θα έχουν τον ίδιο συντελεστή Young. Το μέτρο του Young πήρε το όνομά του από τον φυσικό Thomas Young. Το μέτρο του Young μπορεί επίσης να οριστεί ως η πίεση που απαιτείται για την ύπαρξη μοναδιαίας τάσης στο υλικό. Παρόλο που οι μονάδες του συντελεστή του Young είναι Pascal, δεν χρησιμοποιείται ευρέως. Οι μεγάλες μονάδες όπως το Mega Pascal ή το Gigapascal είναι οι χρήσιμες μονάδες.
Ποια είναι η διαφορά μεταξύ της σταθεράς ελατηρίου και του συντελεστή ακαμψίας;
• Η σταθερά του ελατηρίου είναι μια ιδιότητα του αντικειμένου. Ο συντελεστής ακαμψίας είναι μια ιδιότητα του υλικού.
• Το ίδιο αντικείμενο κατασκευασμένο από διαφορετικά υλικά θα έχει διαφορετικές σταθερές ελατηρίου.
