Kevätvakio vs jäykkyystekijä
Jusivakio ja jäykkyyskerroin ovat kaksi erittäin tärkeää suuruutta tutkittaessa joustokenttää. Näillä suureilla on tärkeä rooli lähes kaikissa tämän alan laskelmissa. Tässä artikkelissa aiomme keskustella, mitä jousivakio ja jäykkyystekijä ovat, niiden määritelmiä, jäykkyystekijän ja jousivakion sovelluksia, yhtäläisyyksiä ja lopuksi jäykkyystekijän ja jousivakion eroa.
Kevätvakio
Elastisuus on erittäin hyödyllinen aineen ominaisuus. Se on materiaalien kykyä palata alkuperäiseen muotoonsa ulkoisten voimien poistamisen jälkeen. Havaitaan, että elastisen jousen pitämiseen venytettynä tarvittava voima on verrannollinen jousen venytettyyn pituuteen. Suhteellisuusvakio tunnetaan jousivakiona ja sitä merkitään k:llä. Tämä antaa meille yhtälön F=-kx. Miinusmerkki tarkoittaa x:n käänteistä suuntaa voimaan. Jousivakio määritellään voimaksi, joka tarvitaan jousen venyttämiseen yksikköpituuden mukaan. Jousivakion yksiköt ovat Newton per metri. Jousivakio on kohteen ominaisuus. Järjestelmän elastinen potentiaalienergia on työn määrä, joka vaaditaan venyttääkseen elastista kappaletta tietyllä pituudella x. Koska kohdistettu voima F(x)=kx, tehty työ on yhtä suuri kuin F(x):n integrointi nollasta x:n suhteen dx:n suhteen; joka on yhtä suuri kuin kx2/2. Siksi potentiaalienergia on kx2/2. On huomattava, että minkä tahansa sauvan päähän kiinnitetyn esineen potentiaalienergia ei riipu kohteen massasta, vaan ainoastaan jousivakiosta ja venytetystä pituudesta.
Jäykkyystekijä (Youngin moduuli)
Youngin moduuli on erittäin tärkeä aineen ominaisuus, ja sitä käytetään kuvaamaan materiaalin jäykkyyttä. Youngin moduuli on esineeseen kohdistuvan paineen (jännityksen) ja esineen jännityksen suhde. Koska venymä on mittaton, Youngin moduulin yksiköt ovat yhtä suuria kuin paineyksiköt, joka on Newton neliömetriä kohti. Joillekin materiaaleille Youngin moduuli on vakio tietyllä jännitysalueella. Nämä materiaalit noudattavat Hooken lakia ja niiden sanotaan olevan lineaarisia materiaaleja. Materiaalit, joilla ei ole vakio Youngin moduulia, tunnetaan epälineaarisina materiaaleina. On ymmärrettävä selvästi, että Youngin moduuli on materiaalin ominaisuus, ei kohteen. Samasta materiaalista tehdyillä eri esineillä on sama Youngin moduuli. Youngin moduuli on nimetty fyysikon Thomas Youngin mukaan. Youngin moduuli voidaan myös määritellä paineeksi, joka vaaditaan, kun materiaaliin kohdistuu yksikköjännitys. Vaikka Youngin moduulin yksiköt ovat Pascal, sitä ei käytetä laaj alti. Suuret yksiköt, kuten Mega Pascal tai Gigapascal, ovat hyödyllisiä yksiköitä.
Mitä eroa on jousivakiolla ja jäykkyyskertoimella?
• Jousivakio on kohteen ominaisuus. Jäykkyystekijä on materiaalin ominaisuus.
• Samalla eri materiaaleista valmistetulla esineellä on erilaiset jousivakiot.
