Εργαστηριακή άσκηση

 Ο Ρόμπερτ Χουκ (Robert Hooke, 28 Ιουλίου Μαρτίου 1703) ήταν Άγγλος φυσικός και αρχιτέκτονας, ο οποίος διαδραμάτισε πολύ σημαντικό ρόλο στην επιστημονική επανάσταση τόσο με το πειραματικό όσο και με το θεωρητικό έργο του.  Έγινε κυρίως γνωστός για τον νόμο της ελαστικότητας που φέρει το όνομά του (νόμος του Χουκ) και για το βιβλίο του «Μικρογραφία» που εισάγει για πρώτη φορά τον όρο κύτταρο.  Η ζωή του Χουκ μπορεί να χωριστεί σε τρεις περιόδους. Στην πρώτη που ήταν λαμπρός επιστήμονας αλλά φτωχός, στην δεύτερη που κατόρθωσε να ευημερήσει ύστερα από σκληρή εργασία και στην τρίτη που χαρακτηρίστηκε από έντονες επιστημονικές διαμάχες.  Ο Χουκ γεννήθηκε στη νήσο Γουάιτ της Μάγχης και ήταν ο τελευταίος από τα τέσσερα παιδιά της οικογένειας. Ο πατέρας του ήταν διευθυντής στο τοπικό σχολείο και είχε την δυνατότητα να διδάξει το γιο του. Η οικογένειά του ήταν φιλομοναρχική, κάτι που πέρασε και στον Ρόμπερτ. Όταν ο πατέρας του πέθανε, άφησε στον Ρόμπερτ ένα ποσό για να σπουδάσει. Είχε στο μυαλό του πως θα γινόταν ωρολογοποιός ή σχεδιαστής. Ο Χουκ ήταν πολύ ικανός φοιτητής και γρήγορα κατάφερε να μπει στο σχολείο του Γουεστμίνστερ όπου έγινε γνώστης Λατινικών, Ελληνικών, Ευκλείδειας Γεωμετρίας και κάποιων βασικών αρχών μηχανικής.  Στην συνέχεια ο Χουκ πήγε στην Οξφόρδη όπου σπούδασε στο Wadham College. Εκεί εργάστηκε ως βοηθός του Τόμας Γουάιλις και του Ρόμπερτ Μπόιλ. Είχε σημαντική συμβολή στην διατύπωση πρώτου νόμου των αερίων, καθώς κατασκεύασε μία αντλία κενού την οποία χρησιμοποίησε ο Μπόίλ για τα πειράματά του που τον οδήγησαν στην διατύπωση του της θεωρίας του.  Το 1655 ο Χουκ ασχολήθηκε με την αστρονομία. Βελτίωσε τον μηχανισμό του εκκρεμούς και βρήκε μία νέα μέθοδο για τον υπολογισμό του γεωγραφικού μήκους.  Ο Χουκ πέθανε στο Λονδίνο στις 3 Μαρτίου του 1703 σε ηλικία 68 ετών.

 Ελαστικότητα είναι η ιδιότητα υλικών σωμάτων να επανέρχονται στο αρχικό τους σχήμα μετά από άσκηση εξωτερικής τάσης. Ελαστικά είναι τα σώματα στα οποία αποκαθίσταται το αρχικό τους σχήμα όταν μηδενίζεται η τάση που εφαρμόζεται σ' αυτά ενώ πλαστικά είναι τα σώματα που η παραμόρφωση που έχουν δεχτεί παραμένει μόνιμα. Η ελαστικότητα των σωμάτων χαρακτηρίζεται από ένα φυσικό μέγεθος, γνωστό ως μέτρο ελαστικότητας.  Κάθε υλικό σώμα με την άσκηση τάσης, δηλαδή δύναμης ανά μονάδα διατομής, παραμορφώνεται. Για μικρές τάσεις η παραμόρφωση είναι ανάλογη της τάσης που εφαρμόζεται. Ο λόγος της τάσης προς την παραμόρφωση σε κάθε σώμα είναι σταθερός και ονομάζεται μέτρο ελαστικότητας. Το μέτρο ελαστικότητας εξαρτάται από το υλικό που παραμορφώνεται και την φύση της παραμόρφωσης.

 Ο νόμος του Χουκ ή νόμος της ελαστικότητας περιγράφει την ελαστικότητα ενός υλικού ή συστήματος, όταν αυτό παραμορφώνεται υπό την επίδραση εξωτερικής δύναμης. Φέρει το όνομα του Άγγλου φυσικού Ρόμπερτ Χουκ που εξήγαγε πειραματικά αυτόν τον νόμο. Σύμφωνα με τον νόμο του Χουκ, η επιμήκυνση ενός ελατηρίου είναι ανάλογη της δύναμης που ασκείται στο ελατήριο. Με άλλα λόγια:  F=k*x, όπου:  F είναι η δύναμη που ασκείται στο ελατήριο  k η σταθερά του εκάστοτε ελατηρίου και  x η επιμήκυνση του ελατηρίου (η μετατόπιση από τη θέση ισορροπίας)

 Η σταθερά ελατηρίου, γνωστή και σαν σταθερά του Χουκ, εκφράζει τη σκληρότητα ενός ελατηρίου και εξαρτάται από:  το μήκος του ελατηρίου,  το πάχος του σύρματος του ελατηρίου,  το άνοιγμα (διάμετρο) των σπειρών του ελατηρίου,  το υλικό και τη θερμοκρασία του σύρματος του ελατηρίου και  την απόσταση μεταξύ των σπειρών («βήμα») του ελατηρίου  Μονάδα μέτρησης της σταθεράς ελατηρίου στο Διεθνές Σύστημα (SI) είναι το Νιούτον/Μέτρο (N/m).

Νόμος του Hooke

1. Με τη βοήθεια του νήματος της στάθμης ελέγξτε αν ο χάρακας είναι σε κατακόρυφη διεύθυνση. 2. Κρεμάστε στην άκρη του ελατηρίου ένα βάρος 0,5Ν (50g) 3. Διαβάστε την ένδειξη του χάρακα και σημειώστε την επιμήκυνση x του ελατηρίου στον ΠΙΝΑΚΑ 1 του φύλλου εργασίας. 4. Χωρίς να αφαιρέσετε το προηγούμενο βάρος προσθέτετε διαδοχικά και τα υπόλοιπα βάρη του 0,5Ν ώστε η δύναμη να γίνει 1Ν μετά 1,5Ν μετά 2Ν και τέλος 2,5Ν. 5. Κάθε φορά να σημειώνετε τις αντίστοιχες τιμές της επιμήκυνσης x του ελατηρίου στον ΠΙΝΑΚΑ 1 του φύλλου εργασίας. 6. Τέλος αντικαταστήστε το ελατήριο με ένα λαστιχάκι και επαναλάβετε τα βήματα 2,3,4. Σημειώστε τις αντίστοιχες τιμές της επιμήκυνσης x του ελατηρίου στον ΠΙΝΑΚΑ 2 του φύλλου εργασίας.

1. Ελατήριο 2. Βάση στήριξης 3. Ορθοστάτης ενός μέτρου 4. Ορθοστάτης εξήντα εκατοστών 5. Σταυρός 6. Δυναμόμετρο 10Ν 7. Βαρίδια 50g, 100g, & 200g 8. Kανόνας 1m

 H κλίση της γραφικής παράστασης ισούται με τη σταθερά k του ελατηρίου που χρησιμοποιήσαμε. k=0,22 N/m  Δηλαδή: k=0,22 N/m  Άρα ο νόμος του Hooke για το ελατήριο που χρησιμοποιήσαμε στην πειραματική διαδικασία, εκφράζεται με τη σχέση:  F=0,22*ΔL

 Συμπεραίνουμε, ότι το λαστιχάκι υφίσταται ελαστική παραμόρφωση αφού επανέρχεται στην αρχική του μορφή μόλις πάψει να ενεργεί σε αυτό η δύναμη που προκάλεσε τη παραμόρφωσή του.  Όμως, οι πειραματικές μετρήσεις στο εύρος των βαρών, που χρησιμοποιήθηκαν, δεν επιτρέπουν να προσδιορισθεί με την απαιτούμενη ακρίβεια το μέτρο ελαστικότητας του υλικού.

Βαθμολόγηση δυναμόμετρου

 Κατασκευάσαμε ένα δυναμόμετρο από σκληρό χαρτόνι, με τη βοήθεια ενός ελατηρίου και τριών βαθμονομημένων βαρών (50, 100 και 200 g).  Στη συνέχεια κρεμάσαμε από το ελατήριο μια κασετίνα και με τη βοήθεια του δυναμόμετρου που φτιάξαμε, υπολογίσαμε το βάρος της  Από το δυναμόμετρο που κατασκευάσαμε συμπεραίνουμε ότι το βάρος και η μάζα της κασετίνας(x) είναι:  Β=3,4Ν  m=0,34kg=340g

 Γκουτζαμάνης Στέφανος  Ευθυμίου Γεράσιμος  Θεοδωράκη Στέλλα  Κατηφόρης Θανάσης  Καλαμούτσος Γιώργος  Κατσούγκρης Χάρης