1. Моя освіта – реферати, конспекти, доповіді
  2. Фізика
  3. Сила пружності пружини

Сила пружності пружини

Сил пружності виникає при деформації фізичного тіла, тобто коли змінюються розміри і форма тіла. Ця сила спрямована в бік, протилежний силі, що створює деформацію. На прикладі пружини з’ясуємо як сила пружності пов’язана з величиною деформації. Розглянемо також причини виникнення пружних сил.

Закон Гука

Пружину можна стискати, розтягувати, згинати або скручувати. У кожному з цих випадків будуть виникати сили пружності, які прагнуть повернути форму і розміри пружини в початковий стан. Для розуміння основних закономірностей будемо розглядати тільки лінійні стиснення і розтягування (уздовж осі х). Для обчислення сил при деформаціях вигинів і скручування потрібне застосування більш складного математичного апарату.

Деформації розтягування і стиснення пружини:

Якщо початкова довжина, ненапряженной пружини, дорівнює L0, то для малих деформацій виконується закон Гука, відкритий експериментально:

Fпр = – k * Δх (1)

де, у формулі сили пружності пружини:

  • Fпр – сила пружності пружини, Н;
  • k – коефіцієнт жорсткості пружини, Н/м;
  • Δх -Величина деформації (дельта ікс), м.

Величина малих деформацій повинна бути набагато менше початкової довжини пружини:

Δх << L0 (2),

при

  • Δх> 0 – розтягнення,
  • Δх <0 – стиснення.

Тобто при невеликих деформаціях сила пружності прямо пропорційна величині деформації тіла і спрямована в бік, зворотний напрямку зсуву частин тіла. Дія цієї сили схоже на дію сили Архімеда, яка спрямована в бік, протилежний силі тяжіння.

Цей фундаментальний закон був відкритий англійським вченим Робертом Гуком в 1660 р. Крім цього він зробив багато інших чудових винаходів і експериментів:

  • відкрив ефект освіти кольорів тонких плівок, яке в оптиці називається явищем інтерференції;
  • запропонував модель хвилеподібного поширення світла;
  • сформулював припущення про зв’язок теплоти з рухом частинок, з яких складається тіло;
  • винайшов спіральну пружину для регулювання годин, удосконалив барометр, гігрометр, анемометр.

Джерело сили пружності

Походження сил пружності пов’язано з електромагнітним взаємодією молекул і атомів. Коли відбувається збільшення розмірів пружини (розтягуванні), то сили взаємного тяжіння “намагаються” відновити початкові розміри. При стисненні пружини починають працювати сили відштовхування. Коли тіло не деформоване, відстань між молекулами відповідає рівності сил тяжіння і відштовхування.

Динамометри

Пружні властивості пружин використовуються в приладах для вимірювання сили. Зазвичай динамометр складається з двох основних частин: пружини (пружний елемент) і шкали пристрою, на якій нанесені цифрові значення сили або маси, якщо цей прилад призначений для побутового застосування. Вимірюється зусилля прикладається до пружини, яка деформується і зрушує стрілку приладу вздовж відлікової шкали.

Хоча закон Гука і вважається універсальним, але діапазон деформацій в якому він виконується сильно відрізняється для різних тіл. Наприклад, в металевих дротах (прямолінійних) і стрижнях максимальна величина відносної деформації (відношення Δх до L0), для якої ще буде справедливий закон Гука, становить не більше 1%. При великих деформаціях настають незворотні руйнування матеріалів.

Що ми дізналися?

Отже, ми дізналися, що сила пружності пружини прямо пропорційна величині деформації тіла і спрямована в бік, зворотний напрямку зсуву пружини. Сили пружності пов’язані з електромагнітним взаємодією молекул і атомів. При стисненні включається механізм відштовхування електричних однойменних зарядів. При розтягуванні – починає працювати механізм притягання різнойменних зарядів.

ПОДІЛИТИСЯ: