Сила упругости. Закон Гука
Мы помогаем студентам с дипломными, курсовыми, контрольными Узнать стоимость

Сила упругости. Закон Гука

    Сила упругости

    Любое тело, когда его деформируют и оказывают внешнее воздействие, сопротивляется и стремиться восстановить прежние форму и размеры. Это происходит по причине электромагнитного взаимодействия в теле на молекулярном уровне.

    Деформация - изменение положения частиц тела друг относительно друга. Результат деформации - изменение межатомных расстояний и перегруппировка блоков атомов.

    Определение. Что такое сила упругости?

    Сила упругости - сила, возникающая при деформации в теле и стремящаяся вернуть тело в начальное состояние. 

    Рассмотрим простейшие деформации - растяжение и сжатие 

    формулировка закона гука

    На рисунке показано, как действует сила упругости, когда мы сжимаем или растягиваем стержень.

    Закон Гука

    Для малых деформаций x l справедлив закон Гука. 

    Закон Гука

    Деформация, возникающая в упругом теле, пропорциональна приложенной к телу силе. 

    Fупр=-kx

    Здесь k - коэффициент пропорциональности, называемый жесткостью. Единица измерения жесткости системе СИ Ньютон на метр. Жесткость зависит от материала тела, его формы и размеров.

    Знак минус показывает, что сила упругости противодействует внешней силе и стремится вернуть тело в первоначальное состояние. 

    Существуют и другие формы записи закона Гука. Относительной деформацией тела называется отношение ε=xl. Напряжением в теле называется отношение σ=-FупрS.  Здесь S - площадь поперечного сечения деформированного тела.  Вторая формулировка закона Гука: относительная деформация пропорциональна напряжению. 

    ε=σE.

    Здесь E - так называемый модуль Юнга, который не зависит от формы и размеров тела, а зависит только от свойств материала. Значение модуля Юнга для различных материалов широко варьируется. Например, для стали E2·1011 Нм2, а для резины E2·106 Нм2

    Закон Гука можно обобщить для случая сложных деформаций. Рассмотрим деформацию изгиба стержня. При такой деформации изгиба сила упругости пропорциональна прогибу стержня. 

    формулировка закона гука

    Концы стержня лежат на двух опорах, которые действуют на тело с силой N, называемой силой нормальной реакции опоры. Почему нормальной? Потому что эта сила направлена перпендикулярно (нормально) поверхности соприкосновения. 

    Если стержень лежит на столе, сила нормальной реакции опоры направлена вертикально вверх, противоположно силе тяжести, которую она уравновешивает. 

    Вес тела - это сила, с которой оно действует на опору. 

    Силу упругости часто рассматривают в контексте растяжения или сжатия пружины. Это распространенный пример, который часто встречается не только в теории, но и на практике. Пружины используются для измерения величиы сил. Прибор, предназначенный для этого - динамаметр. 

    Динамометр - пружина, растяжение которой проградуированно в единицах силы. Характерное свойство пружин заключается в том, что закон Гука для них применим при достаточно большом изменении длины.

    При сжатии и растяжении пружины действует закон Гука, возникают упругие силы, пропорциональные изменению длины пружины и ее жесткости (коэффициента k). 

    В отличие от пружин стержни и проволоки подчиняются закону Гука в очень узких пределах. Так, при относительной дефомации больше 1% в материале возникают необратимые именения - текучесть и разрушения.

    Если вы заметили ошибку в тексте, пожалуйста, выделите её и нажмите Ctrl+Enter
    Средняя оценка статьи
    5,0 из 5 (13 голосов)