Constante du ressort vs facteur de rigidité
La constante de ressort et le facteur de rigidité sont deux grandeurs très importantes lors de l'étude du domaine de l'élasticité. Ces quantités jouent un rôle essentiel dans presque tous les calculs dans ce domaine. Dans cet article, nous allons discuter de ce que sont la constante de ressort et le facteur de rigidité, leurs définitions, les applications du facteur de rigidité et de la constante de ressort, les similitudes et enfin la différence entre le facteur de rigidité et la constante de ressort.
Constante du ressort
L'élasticité est une propriété très utile de la matière. C'est la capacité des matériaux à reprendre leur forme d'origine une fois les forces externes supprimées. On observe que la force nécessaire pour maintenir un ressort élastique tendu est proportionnelle à la longueur tendue du ressort. La constante de proportionnalité est connue sous le nom de constante de ressort et est notée k. Cela nous donne l'équation F=-kx. Le signe moins représente la direction inverse de x à la force. La constante du ressort est définie comme la force nécessaire pour étirer le ressort par unité de longueur. Les unités de la constante du ressort sont le Newton par mètre. La constante du ressort est une propriété de l'objet. L'énergie potentielle élastique du système est la quantité de travail nécessaire pour étirer l'objet élastique d'une longueur donnée x. Puisque la force appliquée F(x)=kx, le travail effectué est égal à l'intégration de F(x) de zéro à x, par rapport à dx; qui est égal à kx2/2. Par conséquent, l'énergie potentielle est kx2/2. Il faut noter que l'énergie potentielle de tout objet attaché à l'extrémité de la tige ne dépend pas de la masse de l'objet mais uniquement de la constante du ressort et de la longueur étirée.
Facteur de rigidité (module de Young)
Le module de Young est une propriété très importante de la matière et est utilisé pour caractériser la rigidité du matériau. Le module de Young est le rapport de la pression sur l'objet (contrainte) à la déformation de l'objet. Puisque la déformation est sans dimension, les unités du module de Young sont égales aux unités de pression, qui est Newton par mètre carré. Pour certains matériaux, le module de Young est constant sur une certaine plage de contraintes. Ces matériaux obéissent à la loi de Hooke et sont dits matériaux linéaires. Les matériaux qui n'ont pas de module d'Young constant sont appelés matériaux non linéaires. Il faut bien comprendre que le module de Young est une propriété du matériau, pas de l'objet. Différents objets fabriqués avec le même matériau auront le même module de Young. Le module de Young porte le nom du physicien Thomas Young. Le module de Young peut également être défini comme la pression requise ayant une contrainte unitaire sur le matériau. Même si les unités du module de Young sont Pascal, il n'est pas largement utilisé. Les grandes unités telles que Mega Pascal ou Gigapascal sont les unités utiles.
Quelle est la différence entre la constante du ressort et le facteur de rigidité ?
• La constante du ressort est une propriété de l'objet. Le facteur de rigidité est une propriété du matériau.
• Un même objet fabriqué à partir de matériaux différents aura des constantes de rappel différentes.
