Δύναμηελαστικότητα- αυτή είναι η δύναμηπου συμβαίνει όταν το σώμα παραμορφώνεται και που επιδιώκει να αποκαταστήσει το προηγούμενο σχήμα και μέγεθος του σώματος.
Η ελαστική δύναμη προκύπτει ως αποτέλεσμα της ηλεκτρομαγνητικής αλληλεπίδρασης μεταξύ των μορίων και των ατόμων μιας ουσίας.
Η απλούστερη εκδοχή παραμόρφωσης μπορεί να θεωρηθεί χρησιμοποιώντας το παράδειγμα συμπίεσης και επέκτασης ενός ελατηρίου.
Σε αυτή την εικόνα (x>0) — παραμόρφωση εφελκυσμού. (Χ< 0) — παραμόρφωση συμπίεσης. (Fx) - εξωτερική δύναμη.
Στην περίπτωση που η παραμόρφωση είναι η πιο ασήμαντη, δηλαδή μικρή, η ελαστική δύναμη κατευθύνεται προς την κατεύθυνση που είναι αντίθετη από την κατεύθυνση των κινούμενων σωματιδίων του σώματος και είναι ανάλογη με την παραμόρφωση του σώματος:
Fx = Fcontrol = - kx
Χρησιμοποιώντας αυτή τη σχέση, εκφράζεται ο νόμος του Hooke, που θεσπίστηκε πειραματικά. Συντελεστής κ ονομάζεται συνήθως ακαμψία σώματος. Η ακαμψία ενός σώματος μετριέται σε νιούτον ανά μέτρο (N/m) και εξαρτάται από το μέγεθος και το σχήμα του σώματος, καθώς και από τα υλικά από τα οποία είναι κατασκευασμένο. δεδομένο σώμα.
Στη φυσική, ο νόμος του Hooke για τον προσδιορισμό της παραμόρφωσης συμπίεσης ή τάσης ενός σώματος είναι γραμμένος με εντελώς διαφορετική μορφή. Σε αυτή την περίπτωση, η σχετική παραμόρφωση ονομάζεται
Ρόμπερτ Χουκ
(18.07.1635 - 03.03.1703)
Άγγλος φυσιοδίφης, εγκυκλοπαιδιστής
στάση ε = x/l . Ταυτόχρονα, το στρες είναι η περιοχή διατομής ενός σώματος μετά από σχετική παραμόρφωση:
σ = F / S = -Fcontrol / S
Στην περίπτωση αυτή, ο νόμος του Hooke διατυπώνεται ως εξής: η τάση σ είναι ανάλογη της σχετικής παραμόρφωσης ε . Σε αυτόν τον τύπο ο συντελεστής μι ονομάζεται μέτρο του Young. Αυτή η ενότητα δεν εξαρτάται από το σχήμα του σώματος και τις διαστάσεις του, αλλά ταυτόχρονα, εξαρτάται άμεσα από τις ιδιότητες των υλικών από τα οποία αποτελείται το σώμα. Για διάφορα υλικά, το μέτρο του Young κυμαίνεται σε ένα αρκετά μεγάλο εύρος. Για παράδειγμα, για το καουτσούκ E ≈ 2·106 N/m2 και για τον χάλυβα E ≈ 2·1011 N/m2 (δηλαδή πέντε τάξεις μεγέθους περισσότερο).
Είναι πολύ πιθανό να γενικεύσουμε τον νόμο του Hooke σε περιπτώσεις όπου εμφανίζονται πιο περίπλοκες παραμορφώσεις. Για παράδειγμα, εξετάστε την παραμόρφωση κάμψης. Ας εξετάσουμε μια ράβδο που στηρίζεται σε δύο στηρίγματα και έχει σημαντική παραμόρφωση.
Από την πλευρά του στηρίγματος (ή της ανάρτησης), μια ελαστική δύναμη δρα σε αυτό το σώμα· αυτή είναι η δύναμη αντίδρασης στήριξης. Η δύναμη αντίδρασης του υποστηρίγματος όταν τα σώματα έρχονται σε επαφή θα κατευθύνεται αυστηρά κάθετα στην επιφάνεια επαφής. Αυτή η δύναμη συνήθως ονομάζεται δύναμη κανονικής πίεσης.
Ας εξετάσουμε τη δεύτερη επιλογή. Το σώμα βρίσκεται σε ένα σταθερό οριζόντιο τραπέζι. Τότε η αντίδραση του στηρίγματος εξισορροπεί τη δύναμη της βαρύτητας και κατευθύνεται κατακόρυφα προς τα πάνω. Επιπλέον, σωματικό βάρος θεωρείται η δύναμη με την οποία το σώμα ενεργεί στο τραπέζι.
« Φυσική - 10η τάξη"
Κατά την επίλυση προβλημάτων σχετικά με αυτό το θέμα, πρέπει να έχουμε κατά νου ότι ο νόμος του Hooke ισχύει μόνο για ελαστικές παραμορφώσεις σωμάτων. Η ελαστική δύναμη δεν εξαρτάται από το είδος της παραμόρφωσης: συμπίεση ή τάση, είναι η ίδια για το ίδιο Δl. Επιπλέον, υποτίθεται ότι η ελαστική δύναμη κατά μήκος ολόκληρης της άνοιξης είναι η ίδια, αφού η μάζα της άνοιξης συνήθως δεν λαμβάνεται υπόψη.
Εργασία 1.
Χρησιμοποιώντας ένα δυναμόμετρο ελατηρίου, ανυψώνεται φορτίο μάζας m = 2 kg με επιτάχυνση a = 2,5 m/s 2 στραμμένη προς τα πάνω. Προσδιορίστε το μέτρο επιμήκυνσης του ελατηρίου της δυναμομετρικής δυναμομετρίας εάν η ακαμψία του k = 1000 N/m.
Λύση.
Σύμφωνα με τον νόμο του Hooke, ο οποίος εκφράζει τη σχέση μεταξύ του συντελεστή της εξωτερικής δύναμης που προκαλεί ένταση του ελατηρίου και την επιμήκυνσή της, έχουμε F = KΔL. Από εδώ
Για να βρούμε τη δύναμη, χρησιμοποιούμε τον δεύτερο νόμο του Νεύτωνα. Εκτός από τη δύναμη της βαρύτητας m, το φορτίο ασκείται από μια ελαστική δύναμη του ελατηρίου, ίσης με συντελεστή F και κατευθυνόμενη κατακόρυφα προς τα πάνω. Σύμφωνα με τον δεύτερο νόμο του Νεύτωνα, m = F + m.
Ας κατευθύνουμε τον άξονα OY κατακόρυφα προς τα πάνω, έτσι ώστε το ελατήριο να βρίσκεται κατά μήκος αυτού του άξονα (Εικ. 3.16). Στην προβολή στον άξονα OY, ο δεύτερος νόμος του Νεύτωνα μπορεί να γραφτεί ως mа у = F y + mg y
Εφόσον a y = a, g y = -g και F y = F, τότε F = ma + mg = m(a + g).
Ως εκ τούτου,
Εργασία 2.
Προσδιορίστε πώς μεταβάλλεται η δύναμη τάνυσης ενός ελατηρίου που είναι προσαρτημένο σε ένα μπλοκ μάζας m = 5 kg, ακίνητο σε μια κεκλιμένη επιφάνεια, όταν η γωνία κλίσης μεταβάλλεται από 30° σε 60°. Αγνοήστε την τριβή.
Λύση.
Το μπλοκ επηρεάζεται από τη βαρύτητα, τη δύναμη τάσης του ελατηρίου και τη δύναμη αντίδρασης στήριξης (Εικ. 3.17).
Η συνθήκη ισορροπίας για το μπλοκ είναι: m + + yпp = 0.
Ας γράψουμε αυτή τη συνθήκη σε προβολές στους άξονες OX και OY: 
Από την πρώτη εξίσωση του συστήματος παίρνουμε F yпp = mg sinα.
Κατά την αλλαγή της γωνίας κλίσης, βρίσκουμε τη μεταβολή της ελαστικής δύναμης από την έκφραση ΔF yпp = mg(sinα 2 - sinα 1) = 5 10 (0,866 - 0,5) (N) = 18,3 N.
Εργασία 3.
Δύο αβαρή ελατήρια με ακαμψία 60 N/m και 40 N/m αναρτώνται σε σειρά από την οροφή. Στο κάτω άκρο του δεύτερου ελατηρίου προσαρμόζεται μάζα 0,1 kg. Προσδιορίστε τη ακαμψία ενός φανταστικού ελατηρίου του οποίου η επιμήκυνση θα ήταν ίδια με αυτή δύο ελατηρίων όταν το ίδιο φορτίο αιωρείται από αυτό (πραγματική ακαμψία).
Λύση.
Δεδομένου ότι το βάρος των ελατηρίων μπορεί να παραμεληθεί, είναι προφανές ότι οι δυνάμεις τάσης των ελατηρίων είναι ίσες (Εικ. 3.18). Τότε σύμφωνα με το νόμο του Χουκ
F ynp1 = F control2 ; k 1 x 1 = k 2 x 2. (1)
Σε ένα αιωρούμενο φορτίο δρουν δύο δυνάμεις - η βαρύτητα και η δύναμη τάνυσης του δεύτερου ελατηρίου.
Γράφουμε τη συνθήκη ισορροπίας φορτίου με τη μορφή mg = k 2 x 2.
Από αυτή την εξίσωση βρίσκουμε την επιμήκυνση
Αντικαθιστώντας την έκφραση για x 2 στην εξίσωση (1), λαμβάνουμε την επιμήκυνση
Ας προσδιορίσουμε τώρα την αποτελεσματική ακαμψία. Ας γράψουμε τον νόμο του Χουκ για ένα φανταστικό ελατήριο:
Αντικαθιστώντας στον τύπο (2) τις εκφράσεις για τις επεκτάσεις x 1 και x 2 των ελατηρίων, παίρνουμε
Για την αποτελεσματική ακαμψία παίρνουμε την έκφραση
Εργασία 4.
Ένα μη εκτατό νήμα ρίχνεται μέσα από ένα μπλοκ στερεωμένο στην άκρη του τραπεζιού, στα άκρα του οποίου ένα μπλοκ μάζας m 1 = 1 kg, που βρίσκεται στην οριζόντια επιφάνεια του τραπεζιού, και ένα ελατήριο με ακαμψία k = 50 N/ m, που βρίσκονται κάθετα, δένονται στο δεύτερο άκρο του ελατηρίου.Ένα βάρος μάζας m είναι δεμένο στο δεύτερο άκρο του ελατηρίου 2 = 200 g (Εικ. 3.19). Προσδιορίστε την επιμήκυνση του ελατηρίου όταν κινούνται τα σώματα. Μην λαμβάνετε υπόψη τη δύναμη τριβής, τη μάζα του ελατηρίου, του μπλοκ και του σπειρώματος.
Λύση.
Το μπλοκ επηρεάζεται από τη δύναμη της βαρύτητας, τη δύναμη αντίδρασης του στηρίγματος και τη δύναμη τάνυσης του νήματος.
Κάθε σώμα, όταν παραμορφώνεται και εκτίθεται σε εξωτερικές επιρροές, αντιστέκεται και προσπαθεί να αποκαταστήσει το προηγούμενο σχήμα και μέγεθος. Αυτό συμβαίνει λόγω ηλεκτρομαγνητικών αλληλεπιδράσεων στο σώμα σε μοριακό επίπεδο.
Η παραμόρφωση είναι μια αλλαγή στη θέση των σωματιδίων του σώματος σε σχέση μεταξύ τους. Το αποτέλεσμα της παραμόρφωσης είναι μια αλλαγή στις διατομικές αποστάσεις και η αναδιάταξη των μπλοκ ατόμων.
Ορισμός. Τι είναι η ελαστική δύναμη;
Ελαστική δύναμη είναι μια δύναμη που προκύπτει κατά την παραμόρφωση σε ένα σώμα και τείνει να επαναφέρει το σώμα στην αρχική του κατάσταση.
Ας εξετάσουμε τις απλούστερες παραμορφώσεις - τάση και συμπίεση
Το σχήμα δείχνει πώς δρα η ελαστική δύναμη όταν συμπιέζουμε ή τεντώνουμε μια ράβδο.
Για μικρές παραμορφώσεις x ≪ l ισχύει ο νόμος του Hooke.
Η παραμόρφωση που συμβαίνει σε ένα ελαστικό σώμα είναι ανάλογη της δύναμης που ασκείται στο σώμα.
F y p r = - k x
Εδώ το k είναι ένας συντελεστής αναλογικότητας που ονομάζεται ακαμψία. Η μονάδα μέτρησης SI για τη σκληρότητα είναι Newton ανά μέτρο. Η ακαμψία εξαρτάται από το υλικό του σώματος, το σχήμα και το μέγεθός του.
Το σύμβολο μείον δείχνει ότι η ελαστική δύναμη εξουδετερώνει την εξωτερική δύναμη και τείνει να επαναφέρει το σώμα στην αρχική του κατάσταση.
Υπάρχουν και άλλες μορφές γραφής του νόμου του Χουκ. Η σχετική παραμόρφωση ενός σώματος είναι ο λόγος ε = x l. Η τάση στο σώμα είναι ο λόγος σ = - F y p r S . Εδώ S είναι η περιοχή διατομής του παραμορφωμένου σώματος. Η δεύτερη διατύπωση του νόμου του Hooke: η σχετική τάση είναι ανάλογη της τάσης.
Εδώ το Ε είναι το λεγόμενο μέτρο του Young, το οποίο δεν εξαρτάται από το σχήμα και το μέγεθος του σώματος, αλλά εξαρτάται μόνο από τις ιδιότητες του υλικού. Η τιμή του συντελεστή Young ποικίλλει πολύ μεταξύ των διαφορετικών υλικών. Για παράδειγμα, για χάλυβα E ≈ 2 10 11 N m 2 και για καουτσούκ E ≈ 2 10 6 N m 2
Ο νόμος του Hooke μπορεί να γενικευτεί στην περίπτωση πολύπλοκων παραμορφώσεων. Ας εξετάσουμε την παραμόρφωση κάμψης της ράβδου. Με μια τέτοια παραμόρφωση κάμψης, η ελαστική δύναμη είναι ανάλογη με την απόκλιση της ράβδου.
Τα άκρα της ράβδου βρίσκονται σε δύο στηρίγματα, τα οποία δρουν στο σώμα με μια δύναμη N →, που ονομάζεται κανονική δύναμη αντίδρασης στήριξης. Γιατί φυσιολογικό; Επειδή αυτή η δύναμη κατευθύνεται κάθετα (κανονικά) στην επιφάνεια επαφής.
Εάν η ράβδος στηρίζεται σε ένα τραπέζι, η κανονική δύναμη αντίδρασης του εδάφους κατευθύνεται κατακόρυφα προς τα πάνω, αντίθετα από τη δύναμη της βαρύτητας, την οποία αντισταθμίζει.
Το βάρος ενός σώματος είναι η δύναμη με την οποία δρα στο στήριγμα.
Η ελαστική δύναμη θεωρείται συχνά στο πλαίσιο της τάσης ή της συμπίεσης ενός ελατηρίου. Αυτό είναι ένα συνηθισμένο παράδειγμα που εμφανίζεται συχνά όχι μόνο στη θεωρία, αλλά και στην πράξη. Τα ελατήρια χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση του μεγέθους των δυνάμεων. Μια συσκευή που έχει σχεδιαστεί για αυτό είναι ένα δυναμόμετρο.
Δυναμόμετρο είναι ένα ελατήριο του οποίου η τάση βαθμονομείται σε μονάδες δύναμης. Μια χαρακτηριστική ιδιότητα των ελατηρίων είναι ότι ο νόμος του Hooke ισχύει για αυτά όταν η αλλαγή στο μήκος είναι αρκετά μεγάλη.
Όταν ένα ελατήριο συμπιέζεται και τεντώνεται, εφαρμόζεται ο νόμος του Hooke και προκύπτουν ελαστικές δυνάμεις που είναι ανάλογες με τη μεταβολή του μήκους του ελατηρίου και της ακαμψίας του (συντελεστής k).
Σε αντίθεση με τα ελατήρια, οι ράβδοι και τα σύρματα υπακούουν στο νόμο του Hooke εντός πολύ στενών ορίων. Έτσι, με σχετική παραμόρφωση άνω του 1%, συμβαίνουν μη αναστρέψιμες αλλαγές στο υλικό - ρευστότητα και καταστροφή.
Εάν παρατηρήσετε κάποιο σφάλμα στο κείμενο, επισημάνετε το και πατήστε Ctrl+Enter
Ελαστικές δυνάμεις και παραμορφώσεις
Ορισμός 1
Η δύναμη που προκύπτει σε ένα σώμα ως αποτέλεσμα της παραμόρφωσής του και τείνει να το επαναφέρει στην αρχική του κατάσταση ονομάζεται ελαστική δύναμη.
Όλα τα σώματα του υλικού κόσμου υπόκεινται σε διάφορους τύπους παραμορφώσεων. Οι παραμορφώσεις προκύπτουν λόγω της κίνησης και, κατά συνέπεια, των αλλαγών στη θέση των σωματιδίων του σώματος μεταξύ τους. Ανάλογα με το βαθμό αναστρεψιμότητας μπορούμε να διακρίνουμε:
- ελαστικές ή αναστρέψιμες παραμορφώσεις.
- πλαστικές (υπολειμματικές) ή μη αναστρέψιμες παραμορφώσεις.
Στις περιπτώσεις που ένα σώμα, με την ολοκλήρωση της δράσης των δυνάμεων που οδηγούν σε παραμόρφωση, επαναφέρει τις αρχικές του παραμέτρους, η παραμόρφωση ονομάζεται ελαστική.
Αξίζει να σημειωθεί ότι κατά την ελαστική παραμόρφωση, η επίδραση της εξωτερικής δύναμης στο σώμα δεν υπερβαίνει το όριο ελαστικότητας. Έτσι, οι ελαστικές δυνάμεις αντισταθμίζουν την εξωτερική επίδραση στο σώμα.
Διαφορετικά, η παραμόρφωση είναι πλαστική ή υπολειμματική. Ένα σώμα που υπόκειται σε τέτοιου είδους κρούση δεν αποκαθιστά το αρχικό του μέγεθος και σχήμα.
Οι ελαστικές δυνάμεις που προκύπτουν στα σώματα δεν είναι σε θέση να εξισορροπήσουν πλήρως τις δυνάμεις που προκαλούν πλαστική παραμόρφωση.
Γενικά, διακρίνονται ορισμένες απλές παραμορφώσεις:
- τέντωμα (συμπίεση)?
- στροφή;
- βάρδια;
- συστροφή.
Κατά κανόνα, οι παραμορφώσεις είναι συχνά ένας συνδυασμός πολλών τύπων κρούσεων που παρουσιάζονται, γεγονός που καθιστά δυνατή τη μείωση όλων των παραμορφώσεων στους δύο πιο συνηθισμένους τύπους, δηλαδή την τάση και τη διάτμηση.
Χαρακτηριστικά ελαστικών δυνάμεων
Το μέτρο ελαστικής δύναμης που ενεργεί ανά μονάδα επιφάνειας είναι ένα φυσικό μέγεθος που ονομάζεται τάση (μηχανική).
Η μηχανική καταπόνηση, ανάλογα με την κατεύθυνση εφαρμογής της δύναμης, μπορεί να είναι:
- κανονική (κατευθυνόμενη κανονική προς την επιφάνεια, $σ$).
- εφαπτομενική (κατευθυνόμενη εφαπτομένη στην επιφάνεια, $τ$).
Σημείωση 1
Ο βαθμός παραμόρφωσης χαρακτηρίζεται από ένα ποσοτικό μέτρο - σχετική παραμόρφωση.
Έτσι, για παράδειγμα, η σχετική αλλαγή στο μήκος της ράβδου μπορεί να περιγραφεί από τον τύπο:
$ε=\frac(\Delta l)(l)$,
και σχετική διαμήκης τάση (συμπίεση):
$ε’=\frac(\Delta d)(d)$, όπου:
$l$ είναι το μήκος και $d$ είναι η διάμετρος της ράβδου.
Οι παραμορφώσεις $ε$ και $ε’$ συμβαίνουν ταυτόχρονα και έχουν αντίθετα σημάδια, λόγω του γεγονότος ότι κατά τη διάρκεια της διάτασης, η αλλαγή στο μήκος του σώματος είναι θετική και η αλλαγή στη διάμετρο είναι αρνητική. σε περιπτώσεις με συμπίεση του σώματος τα σημάδια αλλάζουν προς το αντίθετο. Η σχέση τους περιγράφεται από τον τύπο:
Εδώ το $μ$ είναι η αναλογία Poisson, ανάλογα με τις ιδιότητες του υλικού.
Ο νόμος του Χουκ
Από τη φύση τους, οι ελαστικές δυνάμεις είναι ηλεκτρομαγνητικές, μη θεμελιώδεις δυνάμεις και, ως εκ τούτου, περιγράφονται με κατά προσέγγιση τύπους.
Έτσι, έχει διαπιστωθεί εμπειρικά ότι για μικρές παραμορφώσεις η σχετική επιμήκυνση και η τάση είναι ανάλογες, ή
Εδώ το $E$ είναι ο συντελεστής αναλογικότητας, που ονομάζεται επίσης συντελεστής του Young. Παίρνει μια τιμή στην οποία η σχετική επιμήκυνση είναι ίση με τη μονάδα. Το μέτρο του Young μετριέται σε Νιούτον ανά τετραγωνικό μέτρο (πασκάλ).
Σύμφωνα με το νόμο του Hooke, η επιμήκυνση μιας ράβδου κατά την ελαστική παραμόρφωση είναι ανάλογη της δύναμης που ασκεί η ράβδος ή:
$F=\frac(ES)(l)\Delta l=k\Delta l$
Η τιμή $k$ ονομάζεται συντελεστής ελαστικότητας.
Η παραμόρφωση των στερεών περιγράφεται από το νόμο του Hooke μόνο μέχρι το όριο της αναλογικότητας. Με την αύξηση της τάσης, η παραμόρφωση παύει να είναι γραμμική, αλλά έως ότου επιτευχθεί το όριο ελαστικότητας, δεν εμφανίζονται υπολειπόμενες παραμορφώσεις. Έτσι, ο νόμος του Hooke ισχύει αποκλειστικά για ελαστικές παραμορφώσεις.
Πλαστικές παραμορφώσεις
Με περαιτέρω αύξηση των ενεργών δυνάμεων, εμφανίζονται υπολειπόμενες παραμορφώσεις.
Ορισμός 2
Η τιμή της μηχανικής καταπόνησης στην οποία εμφανίζεται αξιοσημείωτη υπολειμματική παραμόρφωση ονομάζεται αντοχή διαρροής ($στ$).
Περαιτέρω, ο βαθμός παραμόρφωσης αυξάνεται χωρίς να αυξάνεται η τάση μέχρι να επιτευχθεί η τελική αντοχή ($σρ$), όταν το σώμα καταστρέφεται. Αν απεικονίσουμε γραφικά την επιστροφή του σώματος στην αρχική του κατάσταση, τότε η περιοχή μεταξύ των σημείων $στ$ και $σρ$ θα ονομάζεται περιοχή διαρροής (περιοχή πλαστικής παραμόρφωσης). Ανάλογα με το μέγεθος αυτής της περιοχής, όλα τα υλικά χωρίζονται σε παχύρρευστα, στα οποία η περιοχή απόδοσης είναι σημαντική, και σε εύθραυστα, στα οποία η περιοχή απόδοσης είναι ελάχιστη.
Σημειώστε ότι προηγουμένως εξετάσαμε την επίδραση των δυνάμεων που ασκούνται στην κατεύθυνση της κανονικής προς την επιφάνεια. Εάν οι εξωτερικές δυνάμεις εφαρμόστηκαν εφαπτομενικά, εμφανίζεται διατμητική παραμόρφωση. Σε αυτή την περίπτωση, μια εφαπτομενική τάση προκύπτει σε κάθε σημείο του σώματος, που καθορίζεται από το μέτρο δύναμης ανά μονάδα επιφάνειας, ή:
$τ=\frac(F)(S)$.
Η σχετική μετατόπιση, με τη σειρά της, μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας τον τύπο:
$γ=\frac(1)(G)τ$, όπου $G$ είναι ο συντελεστής διάτμησης.
Ο συντελεστής διάτμησης λαμβάνει την τιμή της εφαπτομενικής τάσης στην οποία η τιμή διάτμησης είναι ίση με τη μονάδα. Το $G$ μετριέται με τον ίδιο τρόπο όπως η τάση, σε πασκάλ.
Η ελαστική δύναμη είναι πάντα αποτέλεσμα παραμόρφωσης του σώματος. Αυτή η δύναμη προσπαθεί πάντα να επαναφέρει το παραμορφωμένο σώμα στην αρχική του θέση. Τι είναι η ελαστική δύναμη και κάτω από ποιες συνθήκες προκύπτει;
Γενικά χαρακτηριστικά ελαστικής δύναμης
Η ελαστική δύναμη εμφανίζεται όταν τα σώματα παραμορφώνονται, για παράδειγμα, όταν ένα ελατήριο τεντώνεται ή συμπιέζεται. Η παραμόρφωση είναι μια αλλαγή στο σχήμα και το μέγεθος του σώματος.
Ρύζι. 1. Η ελαστική δύναμη όταν το ελατήριο παραμορφώνεται.
Εάν η παραμόρφωση του σώματος εξαφανιστεί, τότε θα εξαφανιστεί και η ελαστική δύναμη
Η αιτία των ελαστικών δυνάμεων είναι οι δυνάμεις έλξης και απώθησης μεταξύ των σωματιδίων (μόρια ή άτομα) που αποτελούν όλα τα σώματα. Εάν αυξήσετε ελαφρώς την απόσταση μεταξύ των σωματιδίων, τότε οι δυνάμεις αλληλεπίδρασης αποδεικνύονται δυνάμεις έλξης μεταξύ τους. Εάν η απόσταση μεταξύ των σωματιδίων μειωθεί ελαφρώς, γίνονται απωστικές δυνάμεις. Η ελαστική δύναμη που ασκείται στο σώμα σχετίζεται με την παραμόρφωση του σώματος ως εξής:
όπου F ex. – μέτρο ελαστικής δύναμης, x – επιμήκυνση του σώματος (η απόσταση κατά την οποία αλλάζει το αρχικό μήκος του σώματος), k – συντελεστής αναλογικότητας, που ονομάζεται ακαμψία ελατηρίου, μετρούμενος σε N/m. Αυτή η φόρμουλα ελαστικής δύναμης χρησιμεύει ως έκφραση του νόμου του Χουκ. Ο ορισμός του νόμου του Hooke εκφράζεται ως εξής: η ελαστική δύναμη που προκύπτει κατά την παραμόρφωση ενός σώματος είναι ανάλογη με την επιμήκυνση του σώματος και κατευθύνεται αντίθετα με την κίνηση των σωματιδίων του σώματος σε σχέση με άλλα σωματίδια κατά την παραμόρφωση.
Ρύζι. 2. Ο νόμος του Formula Hooke.
Η ευθεία αναλογική σχέση ελαστικής δύναμης και επιμήκυνσης χρησιμοποιείται σε δυναμόμετρα – συσκευές μέτρησης δύναμης. Οι δυνάμεις ελαστικότητας λειτουργούν στην τεχνολογία και τη φύση: σε μηχανισμούς ρολογιών, σε αμορτισέρ στη μεταφορά, σε σχοινιά και καλώδια, σε ανθρώπινα οστά και μύες.
Ιδιότητες ελαστικής δύναμης
Οι ελαστικές δυνάμεις περιλαμβάνουν τη δύναμη αντίδρασης της στήριξης και το σωματικό βάρος. Η δύναμη αντίδρασης (Ν) στην πλευρά του στηρίγματος στο σώμα εμφανίζεται όταν το σώμα τοποθετείται σε κάποια επιφάνεια (στήριγμα).
Εάν ένα σώμα αιωρείται σε ένα νήμα, τότε αυτή η ίδια δύναμη ονομάζεται δύναμη τάσης του νήματος (Τ).
Η ελαστική δύναμη έχει μια σειρά από χαρακτηριστικά:
- συμβαίνουν κατά την παραμόρφωση
- συμβαίνουν ταυτόχρονα σε δύο σώματα
- κάθετα στην επιφάνεια
- αντίθετα προς την κατεύθυνση της μετατόπισης.
Το σωματικό βάρος (P) είναι η δύναμη με την οποία το σώμα δρα σε οριζόντια στήριξη ή κάθετη ανάρτηση λόγω της έλξης του προς τη Γη.
Το σωματικό βάρος συμβολίζεται με το γράμμα P και μετριέται σε Newton.
Εάν η στήριξη ενός σώματος είναι οριζόντια και ακίνητη, τότε το βάρος ενός τέτοιου σώματος είναι αριθμητικά ίσο με τη δύναμη της βαρύτητας που ασκεί αυτό το σώμα και είναι ίσο με P=mg
Εάν ένα σώμα κινείται προς τα πάνω με επιτάχυνση a, τότε το βάρος αυτού του σώματος είναι μεγαλύτερο από το βάρος του σώματος σε ηρεμία και είναι ίσο με $P=(g+a)m$
Αλλά αν ένα σώμα κινείται προς τα κάτω με επιτάχυνση a, τότε το βάρος του $P =(g-a)m$
Όταν η επιτάχυνση του σώματος και η επιτάχυνση της βαρύτητας είναι ίσες, το βάρος του σώματος είναι μηδέν. Αυτή είναι μια κατάσταση έλλειψης βαρύτητας.
Ρύζι. 3. Πίνακας σύγκρισης ελαστικής δύναμης με άλλες δυνάμεις.
Τι μάθαμε;
Το θέμα «Ελαστικότητα» είναι ένα σημαντικό στάδιο στη γνώση της φυσικής ως επιστήμης. Οι ελαστικές δυνάμεις είναι δυνάμεις που προκύπτουν σε ένα σώμα κατά τη διάρκεια της ελαστικής παραμόρφωσής του και κατευθύνονται προς την κατεύθυνση αντίθετη από την μετατόπιση των σωματιδίων κατά τη διάρκεια της παραμόρφωσης. Η ελαστική δύναμη δεν υπάρχει χωρίς παραμόρφωση του σώματος. Οι ελαστικές δυνάμεις περιλαμβάνουν επίσης τη δύναμη αντίδρασης της στήριξης και το σωματικό βάρος.
Δοκιμή για το θέμα
Αξιολόγηση της έκθεσης
Μέση βαθμολογία: 4.4. Συνολικές βαθμολογίες που ελήφθησαν: 92.