تقرير عن تجربة قانون هوك

• ذات صلة
• ما هو نص قانون هوك
• العالم روبرت هوك

قانون هوك

إن قانون هوك من القوانين التابعة لعلم الفيزياء، تحديدًا علم الميكانيكا وخواص المواد، وقد استنتج القانون من خلال التجربة التي سميت باسم القانون، أما الاسم فسمي كذلك تكريمًا للعالم الإنجليزي روبرت هوك الذي استنتجه عام 1676م، وقد سعى هوك لإظهار العلاقة بين القوى المطبقة على النابض ومرونته، وقانون قانون هوك أول قانون كلاسيكي يُفسر المرونة وقدرة الأجسام على عودتها لشكلها الأصلي، والقانون يُعبر عن العلاقة بين القوة المؤثرة على الأجسام المرنة وبين التغير في طولها، ومرونة الأجسام التي تطبق التجربة عليها تعني أن هذه المواد لها قابلية للعودة إلى شكلها الأساسي بعد تعرضها للتشوه من قبل القوة المطبّقة عليها، ويكون التشوه بتغيير الحجم أو الطول للأجسام، وينص القانون على أن مقدار التغير في الطول يتناسب طرديًا مع مقدار القوة المؤثرة في النابض، وللنص صيغة أخرى وهي أن القوة اللازمة لشد أو ضغط نابض من مسافة معينة يتناسب طرديًا مع تلك المسافة، وللقانون عدة تطبيقات مثل:^[١]

• نفخ البالون.
• الساعة الميكانيكية.
• عجلة التوازن.
• جهاز المانوميتر.
• مقياس الزنبرك.
• علوم الزلازل.
• علوم الصوتيات.
• بعض علوم الهندسة.

تجربة هوك في المختبر

لتنفيذ تجربة قانون هوك في أي مختبر فيزيائي، نحتاج إلى الأدوات التالية:^[٢]

• ساعة توقف.
• نابض حلزوني له خطافان في نهايتيه.
• مجموعة من الأثقال المعروف وزنها.
• مسطرة مترية.
• حامل ثابت.

ولتنفيذ التجربة عمليًا نتبع الخطوات التالية:

• تعليق النابض عموديًا ومتدليًا من الحامل الثابت.
• باستخدام المسطرة تؤخذ القراءة الأولية للنابض دون وجود أي ثقل عليه، وتعبر هذه القراءة عن الطول الأساسي للنابض أي ل1.
• توضع كتلة أولى على النابض في كفة الأثقال، وتؤخذ القراءة الجديدة للمؤشر، ثم باستخدام المسطرة يحدد مقدار الاستطالة للنابض.
• يكرر إضافة الأوزان إلى كفة الأثقال، مع تسجل قيمها وقيم النابض ومقدار الاستطالة التي تحدث في كل مرة.
• ترتب النتائج والقراءات في جدول، ثم تمثل بيانيًا، بحيث توضع قراءات القوة على محور السينات والاستطالة على محور الصادات.
• يجب أن يكون شكل المنحنى خطًا مستقيمًا، وميله يساوي ثابت القوة أ.

صياغة قانون هوك جبريًا

يُعبر عن قانون هوك رياضيًا وفق القانون التالي: ق= أ*( ل2- ل1)؛ إذ يعبر الرمز ق عن القوة المؤثرة التي تغير من أبعاد الجسم وتقاس بوحدة النيوتن، والرمز أ هو ثابت القوة الذي يقاس بوحدة نيوتن لكل متر، والفرق في الرمزين ل1 و ل2، هو تعبير عن الإزاحة الحاصلة بين موضع الجسم الجديد وموضعه الأصلي؛ أي أن ل1 يُعبر عن الطول الأساسي، ل2 يُعبر عن الطول بعد التمدد، أو وفق القانون التالي: ق= ك س؛ إذ إن ق هي قوة الإعادة أو القوة المشوهة للجسم، و ك هو ثابت المرونة ويُقاس بوحدة النيوتن لكل متر، أما س فهو الفرق بين موضع الجسم الجديد والموقع الأصلي له سواء كان ممدودًا أو مضغوطًا.^[٣]

العالم روبرت هوك

روبرت هوك عالم وفيلسوف بريطاني، وأحد أهم المهندسين المعماريين في غريشام، وُلد في الثامن عشر من يوليو عام 1635م في جزيرة وايت الإنجليزية، وتوفي في الثالث من شهر مارس من عام 1703م، ووالده هو النائب جون هوك ووالدته هي سيسلي غيتس، وفي عام 1648م حين بلغ 13 من عمره ذهب للعاصمة لندن لتعلم الرسم، وقد كان جيدًا في الرسم لكن بسبب وجود الحساسية عند روبرت وأبخرة لندن التي تأثر فيها قرر ترك دروس الرسم، والتحق بعد ذلك بمدرسة وستمنستر التي تعلم فيها تصنيع الآلات الموسيقية، وتعلم اللغات اللاتينية، واليونانية والعبرية، وبعد إتمامه تعليمه الموسيقي انتقل لمدينة أكسفورد ودخل كلية كرايست تشيرش وعمل مع العالم بويل كمساعد له، ويُشتهر عن بويل قانونه الطبيعي للغازات والذي يُسمى باسمه، وبعد فترة قصيرة بدأ هوك بالمساهمة بالعديد من الكُتب، وفي عام 1655م بنى هوك مضخة هوائية، وفي عام 1660م اكتشف قانون المرونة الخاص به، وينص القانون على أن تمدد أي جسم صلب كالمعادن والأخشاب يتناسب مع القوة المطبقة عليه، وأصبح هذا القانون الأساس لكافة الدراسات المختصة بفهم المواد المرنة، وخواص الإجهاد والتوتر، وقد صمم نابض ساعة لتطبيق قانونه ودراسته، وفي عام 1661م نشر كتابًا عن الجذب الشعري.^[٤]

عُيّن هوك في عام 1662م كأمين للتجارب في الجمعية الملكية البريطانية الواقعة في لندن، وقد صنع تلسكوبًا عاكسًا غريغوريًا كشف فيه نجمة ترابيزيوم الخامسة، وعام 1664م اقترح بأن كوكب المشتري يدور حول محوره، وفي عام 1665م عيّن كأستاذ للهندسة في كلية جريشام، وقد ناقش إمكانية تصنيع ألياف صناعية مُشابه للتي تخرجها دودة القز، كما أصدر رسومًا توضح الهيكل البلوري للثلج، وقد درس علم الحفريات المجهرية ليصبح أول العلماء المؤيدين لنظرية التطور، وفي عام 1666م اقترح استخدام البندول لقياس قوة الجاذبية الأرضية، وفي عام 1672م اكتشف ظاهرة الحيود الضوئي وعلى إثرها أوجد نظرية موجة الضوء، وفي عام 1678م وضع قانون التربيع العكسي لوصف حركة الكواكب، وهذا هو نفسه القانون الذي استخدمه نيوتن بعد بعض التعديلات، وهو صاحب نظرية تمدد المواد عند تسخينها، وأن جزيئات الهواء مفصولة عن بعضها وتبعد عن بعضها.^[٥]

أهم إنجازات العالم روبرت هوك

صنع العالم روبرت هوك آلة يستطيع من خلالها رصد كوكب المريخ وكوكب المشتري وأطلق عليها اسم المقرابات الغريغورية، كما أنه كان من أكبر المؤيدين لنظرية التطور الحيوي؛ إذ اعتمد على الأحافير في دراسته التطور البيولوجي، ودرس ظاهرة الانكسار من خلال استنتاجه للنظرية الموجية للضوء، كذلك ساعد عمله في مجال المساحة على استنتاج قانون التربيع العكسي للجاذبية الأرضية، والتي تمثل العلاقة التي تحكم حركة الكواكب، تلك التي درسها العالم نيوتن وطورها في وقت لاحق.^[٥]

ومن أهم إنجازات روبرت هوك كان وضع تعريف حديث للتركيب الخلوي للنباتات، وفي دراسته للخلايا وجد بأن الفلين يحتوي على مسام أو خلايا، وقد اعتقد بأن الخلايا عبارة عن خيوط ليفية لشجرة الفلين، وظن بأن الخلايا موجودة فقط في هياكل النباتات، وبعد دراسات مُعمقة لمدة تسعة شهور أصدر كتاب مايكروجرافيك (بالإنجليزية: Micrographia) في عام 1665م، والذي طرح فيه أوصافًا دقيقة لما لاحظ من خلال التلسكوب، ووصف خلايا الفلين التي رآها بهياكل شبيهة بالصناديق، وهو أول من وضع كتابًا لوصف ملاحظات سُجلت في التلسكوب، وأول من استخدم لفظة الخلايا عند وصف هيكل مجهري.^[٤][٦]

المراجع

1. ↑ Matt Williams (16-2-2015), "What is Hooke's Law?"، phys, Retrieved 30-9-2019. Edited.
2. ↑ JL Stanbrough (6-11-2002), "Physics 1 Dynamics Experiment How Does A Spring Scale Work? Hooke's Law"، batesville, Retrieved 30-9-2019. Edited.
3. ↑ "What is Hooke's Law?", khanacademy, Retrieved 30-9-2019. Edited.
4. ^ ^{أ ب} Mary Bellis (3-7-2019), " Biography of Robert Hooke, the Man Who Discovered Cells "، thoughtco, Retrieved 30-9-2019. Edited.
5. ^ ^{أ ب} " Robert Hooke ", britannica,24-7-2019، Retrieved 30-9-2019. Edited.
6. ↑ " 4.1C: Cell Theory ", bio.libretexts,9-9-2019، Retrieved 30-9-2019. Edited.