Różnica między stałą sprężystą a współczynnikiem sztywności

Stała sprężysta a współczynnik sztywności

Stała sprężystości i współczynnik sztywności to dwie bardzo ważne wielkości podczas badania pola sprężystości. Ilości te odgrywają istotną rolę w prawie wszystkich obliczeniach w tej dziedzinie. W tym artykule omówimy, czym jest stała sprężyny i współczynnik sztywności, ich definicje, zastosowania współczynnika sztywności i stałej sprężyny, podobieństwa i wreszcie różnica między współczynnikiem sztywności i stałą sprężyny.

Stała wiosny

Elastyczność jest bardzo przydatną właściwością materii. Zdolność materiałów do powrotu do pierwotnego kształtu po usunięciu sił zewnętrznych. Zauważono, że siła potrzebna do utrzymania sprężystej sprężyny rozciągniętej jest proporcjonalna do rozciągniętej długości sprężyny. Stała proporcjonalności jest znana jako stała sprężyny i jest oznaczana za pomocą k. To daje nam równanie F = -kx. Znak minus oznacza odwrotny kierunek x do siły. Stała sprężyny jest definiowana jako siła potrzebna do rozciągnięcia sprężyny o jednostkę długości. Jednostkami stałej sprężyny są niutony na metr. Stała sprężyny jest właściwością obiektu. Elastyczna energia potencjalna układu to ilość pracy, która jest wymagana do rozciągnięcia elastycznego obiektu o daną długość x. Ponieważ przyłożona siła F (x) = kx, wykonana praca jest równa całkowaniu F (x) od zera do x, w odniesieniu do dx; to jest równe kx²⁾/ 2. Dlatego energia potencjalna to kx²⁾/ 2. Należy zauważyć, że energia potencjalna dowolnego obiektu przymocowanego do końca pręta nie zależy od masy obiektu, ale tylko od stałej sprężyny i długości rozciągniętej.

Współczynnik sztywności (moduł Younga)

Moduł Younga jest bardzo ważną właściwością materii i służy do scharakteryzowania sztywności materiału. Moduł Younga to stosunek nacisku na obiekt (naprężenie) do odkształcenia obiektu. Ponieważ odkształcenie jest bezwymiarowe, jednostki modułu Younga są równe jednostkom ciśnienia, czyli Newtonom na metr kwadratowy. W przypadku niektórych materiałów moduł Younga jest stały w pewnym zakresie naprężeń. Materiały te są zgodne z prawem Hooke'a i są uważane za materiały liniowe. Materiały, które nie mają stałego modułu Younga, znane są jako materiały nieliniowe. Należy jasno zrozumieć, że moduł Younga jest własnością materiału, a nie przedmiotu. Różne obiekty wykonane przy użyciu tego samego materiału będą miały ten sam moduł Younga. Moduł Younga nosi imię fizyka Thomasa Younga. Moduł Younga można również zdefiniować jako wymagane ciśnienie mające jednostkowe odkształcenie materiału. Chociaż jednostkami modułu Younga są Pascal, nie jest on powszechnie stosowany. Przydatne są duże jednostki, takie jak Mega Pascal lub Gigapascal.