Деформація і сили пружності. Закон Гука

Згадайте, які види деформації ви знаєте.

За яких умов виникає деформація тіла?

Сили тяжіння діють між тілами завжди. Не потрібно піклуватися про те, щоб привести ці сили в дію, і немає можливості їх знищити, їх можна тільки компенсувати. А ось сили пружності виникають при деформації тіл і зникають, коли вона припиняється.

Запам’ятай
Під деформацією розуміють зміна обсягу або форми тіла.

Для того щоб різні тіла або частини одного і того ж тіла взаємодіяли допомогою сил пружності, необхідно певну умову: тіла повинні бути деформовані.

Сили пружності виникають тільки при деформації тіл. Зна- чення сил пружності зазвичай визначаються змінами довжини і форми тіла.

Для того щоб гумовий шнур або пружина діяли з деякою силою на ваші руки, ці тіла потрібно попередньо розтягнути, т. Е. Деформувати
Для того щоб гумовий шнур або пружина діяли з деякою силою на ваші руки, ці тіла потрібно попередньо розтягнути, т. Е. Деформувати (рис. 3.10). Щоб пружна сітка батута підкинула акробата, її потрібно попередньо прогнути (рис. 3.11). Такий прогин виникає при стрибку на сітку з деякої висоти. При зникненні деформації одночасно зникають і сили пружності.

При зміні обсягу або форми твердих тіл виникають сили пружності, що перешкоджають цим змінам.

Рідини форму незберігають. Ви можете перелити воду з графина в склянку, і це не викличе появи сил пружності. Однак сили пружності виникають завжди при спробі змінити об’єм рідини або газу.

Спробуйте стиснути рідина хоча б всередині велосипедного насоса або просто в пляшці. Чи легко зробити це?

Поспостерігайте, як деформується м’яч при падінні на землю. Коли сили пружності максимальні?

Розглянемо пружину, що знаходиться на ідеально гладкому столі і одним кінцем прикріплену до бруска. Під дією зовнішньої сили пружина, що володіє масою, виявляється розтягнутої неоднаково по довжині. Більше будуть розтягнуті ті ділянки, які розташовані ближче до місця, де прикладена сила (рис. 3.12). Адже тут сила пружності крайнього правого ділянки пружини повинна повідомити прискорення всій системі – тілу і пружині, а сила пружності поблизу протилежної (лівого) кінця повідомляє те ж саме прискорення лише тілу.

Більше будуть розтягнуті ті ділянки, які розташовані ближче до місця, де прикладена сила
Якщо масою пружини можна знехтувати (т. Е. Якщо вона мала в порівнянні з масою тіла), то деформація всіх ділянок пружини буде однакова. Точно так само при гальмуванні швидко рухомого тіла за допомогою сили, прикладеної до одного з ділянок поверхні тіла, виникають деформація і сила пружності.

Закон Гука. При малих змінах форми та об’єму тіла зв’язок сили пружності тіла з цими змінами проста. Вона була встановлена ​​експериментально англійським натуралістом, ученим-енциклопедистом Робертом Гуком, сучасником Ісаака Ньютона.

Запам’ятай
Пружною називається деформація, при якій тіло відновлює свої первинні розміри і форму, як тільки припиняється дія сили, що викликала цю деформацію.

Під дією прикладеної до шнура сили, рівної вазі чашки з розташованими на ній гирьками
Закон Гука для пружної деформації розтягування неважко встановити, спостерігаючи розтягнення гумового шнура під дією прикладеної до його кінця сили. Нехай довжина шнура з підвішеною до нього чашкою дорівнює l0 (рис. 3.13, а). Координатну вісь X направимо уздовж шнура вертикально вниз. Початок відліку виберемо на рівні нижнього кінця шнура, коли він знаходиться в початковому стані. Під дією прикладеної до шнура сили, рівної вазі чашки з розташованими на ній гирьками, його довжина стане рівною l, а координата нижнього кінця шнура прийме значення х (рис. 3.13, б).

Позначимо подовження шнура через Δl:

Δl = l – l0 = х. (3.8)

Міняючи число гирьок, можна помітити, що сила пружності, рівна силі тяжіння, прямо пропорційна зміні довжини шнура. У цьому і полягає закон Гука.

Важливо
При рівновазі сила пружності розтягнутого шнура врівноважує силу тяжіння, що діє на чашку з гирьками.

Закон Гука.
При пружної деформації розтягу або стиску модуль сили пружності прямо пропорційний модулю зміни довжини тіла:

F = k | Δl | = K | x |.

Проведіть з товаришем по парті досвід. Візьміть пружину, підвісьте її і перевірте закон Гука. Розробіть схему проведення цього досвіду самостійно.

Запам’ятай
Коефіцієнт пропорційності k називають коефіцієнтом пружності або жорсткістю.

залежність модуля сили пружності деформованого тіла від абсолютного значення його розтягування
Враховуючи, що координата х і проекція сили пружності деформованого тіла Fx на вісь X мають протилежні знаки, можна також записати:

Fx = -kx. (3.10)

Ця закономірність добре виконується тільки при пружних деформаціях, при яких подовження х тіла мало. Вона спостерігається при розтягуванні стрижнів зі сталі, чавуну, алюмінію та інших твердих пружних тіл. Закону Гука підпорядковується також деформація пружної пружини.

 

Посилання на основну публікацію