Сила пружності — від чого залежить і як виникає

Сила пружності – одна з сил взаємодії тіл, і її вивченням займається механіка. Як вона виникає, від чого залежить, куди направлена? Прочитавши статтю, ви дізнаєтеся відповіді на ці питання.

Як і коли виникає сила пружності?

Проведемо експеримент:

  • зміцнимо пружинку за допомогою пластиліну на нижньому боці горизонтальної поверхні, наприклад, столу;
  • підвісимо до вільного кінця пружинки невеликий вантаж.

Через дії сили тяжіння вантаж повинен був впасти. Чому ж цього не сталося? Причина – сила пружності, яка подіяла на вантаж з боку пружинки. У загальному випадку її виникнення обумовлено деформацією: розтягуванням, стисненням, зрушенням, крутінням або вигином. У нашому експерименті вона виникла через розтягнення пружинки.

Напрямок сили пружності

Кожне тіло містить молекули й атоми, які складаються із заряджених частинок. Вони притягуються і відштовхуються один від одного з певною силою. Яке з цих взаємодій переважатиме, залежить від відстані між ними.

Збільшення відстані веде до збільшення дії сил тяжіння, зменшення – до переважання сил відштовхування. У стані ж спокою тіла обидві сили знаходяться в рівновазі.

З вищесказаного можна однозначно сказати, чому і куди направлена ​​сила пружності. Її напрямок протилежно руху атомів і молекул тіла, так як вона прагне відновити первинну форму тіла.

Взаємодії між зарядженими частинками обумовлюють електромагнітну природу сили пружності.

Чи завжди деформація призводить до появи сили пружності?

Згадайте, як легко пружинка відновлює свою форму, а ось пластилін завжди її зберігає. Відбувається це через існування двох граничних випадків деформацій. Приклад з пружинкою демонструє прояв пружною, а з пластиліном – пластичної деформації.

Коли ми говоримо про силу пружності, то маємо на увазі тільки пружну деформацію. Причому, значення її невелика, і триває вона недовго. Для пластичної деформації характерні інші сили. Вони залежать від швидкості виникнення деформацій. Їх не вивчають в курсі фізики 10 класу.

Зв’язок між силою пружності і деформацією
Який зв’язок між силою пружності і деформацією? Як знайти її? Відповіді на ці питання знайшов англійський винахідник і дослідник природи Роберт Гук. Результати його експериментів показали лінійний характер зв’язку. У письмовому вигляді встановлений ним закон виглядає наступним чином:

Fупр = k | Δl | або Fупр = k | x |,

де k – коефіцієнт пружності, Δl, або x – абсолютне подовження.

Δl, або x – різниця між довжиною деформованого тіла і початкової довжиною в метрах (м).

k -жесткость. Вона виражається в ньютонах на метр (Н / м), її значення обумовлюють розміри тіла і властивості матеріалу. Одиниця виміру Fупр – ньютон (Н).

Зверніть увагу, що закон Гука застосовується тільки в разі малих пружних деформацій.

Якщо розміри не грають ніякої ролі, а важливі лише властивості матеріалу, то в формулу сили пружності можна підставить постійну E і записати закон так:

Fупр = ESΔl / l0 або Δl / l0 = Fупр / ES,

де E – модуль пружності (модуль Юнга) в Н / м2 = Па, S – площа поперечного перерізу в м2, Δl / l0 – відносна деформація, Fупр / S – напруга.

Що ми дізналися?

Прочитавши статтю, ми дізналися, від чого залежить сила пружності, чому дорівнюють коефіцієнти в законі Гука. Тепер ви зможете сміливо вирішувати завдання на визначення сили пружності.

Посилання на основну публікацію