تعريف قانون هوك

ما هو قانون هوك؟

قانون هوك ( Hooke's Law) والذي يُعرف أيضًا بقانون المرونة بأنه مبدأ فيزيائي ينص على أن إزاحة أو حجم التشوّه الذي حدث للنابض يتناسب طرديًا مع قوّة التشوّه أو الحمل، وبعبارةٍ أخرى القوة اللّازمة لتمديد النابض لمسافة معيّنة تتناسب مع تلك المسافة، أي أنّ هناك علاقة بين القوة المطبّقة على النابض ومقدار مرونته، وسُمي هذا القانون على اسم العالم الفيزيائي البريطاني روبرت هوك Robert Hooke في القرن 17 .

الصيغة الرياضية لقانون هوك

يُعبر عن قانون هوك بالعلاقة الرياضية التّالية:

القوة = - الإزاحة × ثابت المرونة ؛ وبالرموز ق = - س × ث

Force = - Displacement × Spring Constant؛ وبالرموز F = -xk، حيث أن:

F/ق: القوة تقاس بوحدة نيوتن.
x/س: التغيّر في طول النابض سواء تعرّض للضّغط أو التّمدد يقاس بوحدة متر.
k/ك: ثابت تناسب قانون هوك يقاس بوحدة نيوتن/متر.

تجدر الإشارة إلى أن إشارة السالب في قانون هوك تدل على طبيعة القوة المؤثرة على النابض، فإذا كانت القوة سالبة يعني أن النابض تعرض لقوة تمدد، أما في حال كانت القوة موجبة يعني أن النابض تعرض لقوة ضغط.

تطبيقات على قانون هوك

هناك العديد من الاستخدامات والتطبيقات لقانون هوك في الحياة العملية، كما هو موضح أدناه:

جزء لا يتجزأ من تخصصي العلوم والهندسة بكافة تفرعاتها، فمن خلاله فقط يمكن فهم سلوك المواد المرنة.
مبدأ أساسي في صنع العديد من الأجهزة الضرورية، مثل مقياس الضغط وعجلة توازن الساعة والمقياس النابضي.
يعد أساس علم الزلازل والميكانيكا الجزيئية وعلم الصوت (الصوتيات).
عجلة التوازن التي لعبت دورًا لا يستهان به في إختراع الساعة الميكانيكية والساعة المحمولة ومقياس الضغط ومقياس الزنبرك.

تدريبات على قانون هوك

فيما يلي تدريبات على قانون هوك:

حساب مقدار القوة

ما مقدار القوّة اللازمة لمدّ نابض طوله 20 سم ليصبح طوله 21 سم، علمًا أن ثابت مرونته هو 100 نيوتن/م؟

كتابة القانون، القوة = - الإزاحة × ثابت المرونة؛ وبالرموز (ق = - س × ث)
حساب الإزاحة، الإزاحة = 21 - 20 = 1 سم، لكن يجب تحويل سم إلى متر عن طريق قسمتها على 100، 1 ÷ 100 = 0.01 م
تعويض المعطيات، القوة = - 0.01 × 100
إيجاد الناتج، القوة = - 1 نيوتن

حساب ثابت هوك

ما قيمة ثابت مرونة النابض الذي يحتاج إلى قوّة مقدارها 3 نيوتن لضغطه من 40 سم إلى 35 سم؟

كتابة القانون، القوة = - الإزاحة × ثابت المرونة؛ وبالرموز (ق = - س × ث)
حساب الإزاحة، الإزاحة = 35 - 40 = - 5 سم، لكن يجب تحويل سم إلى متر عن طريق قسمتها على 100، - 5 ÷ 100 = - 0.05 م
تعويض المعطيات، 3 = - (- 0.05) × ثابت المرونة
إيجاد الناتج، ثابت المرونة = 3 ÷ 0.05 = 60 نيوتن/م

حساب مقدار القوة لنابضين

ما هو مقدار القوة اللازمة لمد نابضين لهما ثابتي المرونة التاليين: ك₁= 100 نيوتن/م، ك₂ = 200 نيوتن/م، إذا علمت أنهما على التوازي ومقدار الإزاحة 0.06 م؟

كتابة القانون، القوة = - الإزاحة × ثابت المرونة؛ وبالرموز (ق = - س × ث)
جمع ثابتي المرونة معًا، ذلك أن النابضين سيتصرفان باعتبارهما نابض واحد، ثابت المرونة = ك₁ ك₂ = 100 200 = 300 نيوتن/م
تعويض المعطيات، القوة = - 0.06 × 300
إيجاد الناتج، القوة = - 18 نيوتن

الخلاصة

يدرس قانون هوك مرونة الأجسام، وينصّ على أن القوة اللازمة لشدّ نابض لمسافة ما تتناسب معها، ويستخدم بشكلٍ أساسي في الكثير من المجالات والتطبيقات العملية، إذ لا يوجد قانون بديل عنه يمكن من خلاله معرفة مدى مرونة النابض أو الأجسام الأخرى.

2023-12-1436تعليم

مزيد من المشاركات

مراحل تكوين الجنين في القرآن

مراحل تكوين الجنين في القرآن لقد وصف الله -تعالى- مراحل خلق الجنين في القرآن في مواضع عدة منها قوله: (وَلَقَدْ خَلَقْنَا الإِنسَانَ مِنْ سُلالَةٍ مِنْ طِينٍ* ثُمَّ جَعَلْنَاهُ نُطْفَةً فِي قَرَارٍ مَكِينٍ* ثُمَّ خَلَقْنَا النُّطْفَةَ عَلَقَةً فَخَلَقْنَا الْعَلَقَةَ مُضْغَةً فَخَلَقْنَا الْمُضْغَةَ عِظَامًا فَكَسَوْنَا الْعِظَامَ لَحْمًا ثُمَّ أَنشَأْنَاهُ خَلْقًا آخَرَ فَتَبَارَكَ اللَّهُ أَحْسَنُ الْخَالِقِينَ). إنّ طورِ الإنسان يَمر بِعدّةِ مَراحِل أساسيّة مُتسلسلة وَهِيَ: خلق الإنسان من

تحليل قصيدة النيل لحافظ إبراهيم

تحليل قصيدة النيل لحافظ إبراهيم تحليل اللوحة الأولى طُف بِالأَريكَةِ ذاتِ العِزِّ وَالشانِ :::وَاِقضِ المَناسِكِ عَن قاصٍ وَعَن داني يا عيدُ لَيتَ الَّذي أَولاكَ نِعمَتَهُ :::بِقُربِ صاحِبِ مِصرٍ كانَ أَولاني صُغتُ القَريضَ فَما غادَرتُ لُؤلُؤَةً :::في تاجِ كِسرى وَلا في عِقدِ بورانِ أَغرَيتُ بِالغَوصِ أَقلامي فَما تَرَكَت :::في لُجَّةِ البَحرِ مِن دُرٍّ وَمَرجانِ شَكا عُمانُ وَضَجَّ الغائِصونَ بِهِ :::عَلى اللَآلي وَضَجَّ الحاسِدُ الشاني. في هذه الأبيات الأولى نجد أنّ الشاعر حافظ إبراهيم ،

من هو أفلاطون

أفلاطون ولد الفيلسوف اليوناني القديم أفلاطون (بالإنجليزية: Plato) عام 427 قبل الميلاد في مدينة أثينا في اليونان، وقد كان طالب العالم سقراط ومعلم أرسطو، كما أسس أكاديمية خاصة للأعمال الفلسفية، ووضع تصوراً ممنهجاً وعقلانيّاً لبعض المفاهيم وعلاقتها المتبادلة في علم الميتافيزيقيا، كالأخلاق وعلم النفس الأخلاقي، واحتوت أعماله على مناقشات في الجماليات، والفلسفة السياسية، وعلم الكونيات، وفلسفة اللغة وغيرها الكثير، ولم تنحصر إنجازاته في الفلسفة بل توسعت لتشمل النواحي الرياضية والعلمية، وتوفي أفلاطون

دول الشرق الأقصى

المقصود بدول الشرق الأقصى الشرق الأقصى (بالإنجليزية: Far East)؛ هو مصطلح جغرافي سياسي ثقافي يستخدمه أهل الشرق الأوسط والعالم الغربي لوصف أجزاء مختلفة من العالم، إذ تم تقسيم مناطق الشرق إلى أقسام حسب البعد والقرب من أوروبا وهي؛ الشرق الأدنى، الشرق الأوسط، الشرق الأقصى، حيث إن معظم المناطق التي يشملها الشرق الأقصى موجودة في شرق وجنوب شرق القارة الآسيوية، وشرق روسيا، وعلى الأطراف الغربية للمحيط الهادئ، والأطراف الشمالية للمحيط الهندي، أي في أقصى الشرق. سبب تسمية دول الشرق الأقصى يعود استخدام هذه

استعمالات ملح الليمون في الطعام

' استعمالات ملح الليمون في الطعام' يسمى ملح الليمون ب حمض الستريك ، وهو عبارة عن بلورات شفافة، طعمه شديد الحموضة، وعند طحنه يتحول إلى مسحوق أبيض ذي استخدامات متنوعة، حيث إن له دوراً في مختلف الصناعات كما أنه يضيف نكهة مميزة للأطعمة نتيجة احتوائه على العديد من العناصر الغذائية المهمة التي يحتاجها جسم الإنسان. يُعدّ ملح الليمون سلاحاً سريّاً لتعزيز نكهات الأطباق كما أن له العديد من الاستخدامات نذكرها فيما يلي: يرش على قطع الفواكه والخضراوات فيحافظ على شكلها الطازج ويحول دون تغير لونها إلى اللون

كائنات بحرية مميزة

كائنات بحرية شكلها مميز توجد العديد من أنواع الكائنات البحرية التي تتميز بأشكالها الغريبة، بعضها يشبه تصورات البشر عن الكائنات الفضائية، وبعضها يجمع بين أشكال حيوانات مختلفة، وفيما يأتي أهم هذه الكائنات: نجمة الريش البحرية تتميز نجمة الريش البحرية بريشها الذي تلتفُّ به تحت الماء، وعلى الرغم من أنها تحب المياه الضحلة، إلا أنه يمكن العثور عليها حتى عمق 9 كم تحت سطح الماء؛ إذ إنها تستخدم أرجلها الكثيرة للتحرك إلى الأسفل. تنين البحر الأزرق يعدّ التنين الأزرق أحد أنواع الكائنات البحرية اللاسعة،

ماذا يطلق على علم الطبيعة

علم الطبيعة هو علم الفيزياء يشير مصطلح علم الطبيعة عند العرب إلى علم الفيزياء (بالإنجليزية: Physics)، وهو العلم الذي يدرس المفاهيم الأسياسية في الطبيعة، كالطاقة، والقوّة، والزمن، وكلّ ما تتفرّع إليه من مفاهيم أخرى، كالكتلة، والمادة، وحركتها، ويمكن تعريفه أيضًا بصورةٍ عامة على أنّه التحليل العام للطبيعة الذي يهدف إلى فهم آلية عمل الكون بأكمله، ويجدر الذكر أنّ مصطلح الفيزياء -الذي ربّما قد أُخِذ عن مصطلح الفيزيس الذي كان يستخدمه آرسطو سابقًا- قد شاع استخدامه بعد وفاة نيوتن بعشر سنوات، وذلك عوضًا

حقوق الطفل وواجباته في المدرسة

حقوق الطفل وواجباته في المدرسة تنطبق الحقوق على جميع الأطفال، بعيدًا عن العمر، أو الجنس، أو الجنسية، أو أي عواملٍ أخرى، وتعدّ حقوق الطفل جزءًا لا يتجزّأ من حقوق الإنسان، وبما أنّ الطفل يتمتع بالعديد من الحقوق، فإنّه سيترتب عليه بالطبع العديد من الواجبات والمسؤوليات، وبما أنّ الأطفال غير قادرين على حماية أنفسهم والدفاع عن حقوقهم، فلا بد للكبار الاهتمام بذلك بشكلٍ كبير وعدم إهماله أبدًا،ومن أهم حقوق وواجبات الطفل في المدرسة: حقوق الطفل في المدرسة للطفل في المدرسة العديد من الحقوق التي لا بد أن