حد کشسانی فنر چیست؟
فنرها کاربردهای گسترده‌ای در صنایع و زندگی روزمره دارند. در صنعت خودروسازی برای جذب ضربات و ارتعاشات جاده استفاده می‌شوند. در ساعت‌ها و ابزارهای اندازه‌گیری برای ذخیره انرژی و تنظیم حرکت مورد استفاده قرار می‌گیرند. همچنین، در وسایل الکترونیکی مانند کلیدها و سوئیچ‌ها برای بازگشت به حالت اولیه پس از فشرده شدن کاربرد دارند. در مبلمان، مانند صندلی‌ها و تخت‌ها، برای ایجاد راحتی و پشتیبانی استفاده می‌شوند. فنرها همچنین در تجهیزات ورزشی و پزشکی، مانند پروتزها و تجهیزات فیزیوتراپی، به کار می‌روند. حد کشسانی فنر در فنرسازی بسیار مهم بوده و قبل از تولید فنر محاسبات دقیقی انجام می شود.
حد کشسانی فنر
حد کشسانی فنر (Elastic Limit) به حداکثر مقدار نیرویی گفته می‌شود که یک فنر می‌تواند تحمل کند بدون اینکه تغییر شکل دائمی در آن ایجاد شود. یعنی اگر نیروی وارد شده بر فنر از حد کشسانی آن تجاوز کند، فنر دیگر به حالت اولیه خود باز نمی‌گردد و تغییر شکل دائمی در آن به وجود می‌آید. در محدوده حد کشسانی، فنر طبق قانون هوک عمل می‌کند که بیان می‌کند تغییر طول فنر متناسب با نیروی وارد شده است (تا زمانی که حد کشسانی رعایت شود).
به طور خلاصه، حد کشسانی مرزی است که فنر تا آن می‌تواند به صورت الاستیک رفتار کند و پس از عبور از این حد، تغییر شکل‌های پلاستیک و دائمی در فنر ایجاد می‌شود.
قانون هوک چیست؟
قانون هوک یکی از اصول اساسی در مکانیک مواد است که رابطه بین نیروی وارد شده بر یک جسم الاستیک و تغییر طول آن را توصیف می‌کند. این قانون بیان می‌کند که تا زمانی که نیروی وارد شده کمتر از حد کشسانی ماده باشد، تغییر طول (یا تغییر شکل) آن به طور مستقیم با نیروی وارد شده متناسب است. به عبارت دیگر، در محدوده الاستیک، هرچه نیرو بیشتر شود، تغییر طول نیز به همان نسبت افزایش می‌یابد.
قانون هوک در طراحی و تحلیل بسیاری از سازه‌ها و قطعات مکانیکی به کار می‌رود. برای مثال، در مهندسی عمران برای محاسبه تغییر شکل تیرها و ستون‌ها، در مهندسی مکانیک برای طراحی فنرها و در بسیاری از کاربردهای دیگر مورد استفاده قرار می‌گیرد. این قانون توسط رابرت هوک، فیزیکدان انگلیسی، در قرن هفدهم کشف شد و به نام او نامگذاری شده است.
رابطه حد کشسانی با قانون هوک
حد کشسانی فنر (Elastic Limit) حد کشسانی و قانون هوک ارتباط نزدیکی با هم دارند. قانون هوک بیان می‌کند که در محدوده کشسانی (الاستیک) یک ماده، تغییر طول (یا تغییر شکل) آن متناسب با نیروی وارد شده است. به صورت ریاضی، این رابطه به شکل زیر بیان می‌شود :
حد کشسانی نقطه‌ای است که تا آن نقطه، ماده یا فنر طبق قانون هوک رفتار می‌کند. یعنی تا زمانی که نیروی وارد شده بر فنر کمتر از حد کشسانی باشد، تغییر طول فنر متناسب با نیروی وارد شده خواهد بود و پس از برداشتن نیرو، فنر به طول اولیه خود باز می‌گردد.
اما اگر نیروی وارد شده از حد کشسانی تجاوز کند، فنر وارد ناحیه پلاستیک می‌شود و قانون هوک دیگر صدق نمی‌کند. در این ناحیه، تغییر شکل‌های دائمی و غیرقابل بازگشت در فنر ایجاد می‌شود. به عبارتی، حد کشسانی مرزی است که نشان می‌دهد تا چه حد می‌توان از قانون هوک برای توصیف رفتار فنر استفاده کرد.
بدون دیدگاه