Який напрям має сила пружності
Сила пружності
При розтягу або стисканні тіла у ньому виникають електричні за своєю природою сили, які намагаються повернути тіло до початкового стану. Такі сили називають силами пружності. Вони виникають при деформаціях тіла.
Деформацією називають зміну форми або об’єму тіла. Вона виникає в тому випадку, коли різні частини тіла виконують різні переміщення.
Деформація, яка повністю зникає після припинення дії зовнішніх сил, називається пружною. Деформація, яка не зникає, — пластичною. Виділяють такі види деформації: розтягу (стискання), зсуву, згину, кручення.
Закон Гука: Для пружних деформацій сила пружності прямо пропорційна абсолютному видовженню тіла. Для того щоб знайти силу пружності, треба жорсткість тіла помножити на абсолютне видовження. Сила пружності спрямована в бік, протилежний деформації.
Абсолютне видовження — лінійний розтяг або стиснення тіла.
Жорсткість тіла — це величина, що показує, яку силу треба прикласти для того, щоб розтягнути тіло на одиницю довжини. Вона залежить від розмірів тіла та матеріалу, з якого тіло виготовлено. У Системі Інтернаціональній жорсткість вимірюється в ньютонах, поділених на метр, та позначається літерою k.
Причиною деформації є рух однієї частини тіла відносно іншої. Наслідком деформації є сила пружності. Сила пружності завжди спрямована перпендикулярно поверхні дотику тіл, що взаємодіють. Силу пружності, що діє на тіло з боку опори, часто називають силою реакції опори.
Використовуючи сайт ви погоджуєтесь з правилами користування
Віртуальна читальня освітніх матеріалів для студентів, вчителів, учнів та батьків.
Наш сайт не претендує на авторство розміщених матеріалів. Ми тільки конвертуємо у зручний формат матеріали з мережі Інтернет які знаходяться у відкритому доступі та надіслані нашими відвідувачами.
Якщо ви являєтесь володарем авторського права на будь-який розміщений у нас матеріал і маєте намір видалити його зверніться для узгодження до адміністратора сайту.
Ми приєднуємось до закону про авторське право в цифрову епоху DMCA прийнятим за основу взаємовідносин в площині вирішення питань авторських прав в мережі Інтернет. Тому підтримуємо загальновживаний механізм “повідомлення-видалення” для об’єктів авторського права і завжди йдемо на зустріч правовласникам.
Копіюючи матеріали во повинні узгодити можливість їх використання з авторами. Наш сайт не несе відподвідальність за копіювання матеріалів нашими користувачами.
§ 19. Сили пружності
ПРИРОДА СИЛ ПРУЖНОСТІ. Як відомо (див. § 16), взаємодія тіл може зумовлювати не тільки зміну їх швидкостей, а й деформацію.
Сила пружності — це сила, що виникає під час деформації тіла і намагається повернути тіло в початковий стан.
Мал. 117. Зовнішня сила зумовлює деформацію, а деформація зумовлює силу пружності, яка напрямлена протилежно до зовнішньої сили
Сила пружності (сила реакції опори, натягу нитки) розподілена по всьому тілу і залежить від його деформації.
ПРУЖНІ ДЕФОРМАЦІЇ. Дослідимо властивості сил пружності в тілах, які зазнають значних деформацій при дії на них зовнішніх сил (пружини, гумові джгути тощо).
Серед деформацій, які виникають у твердих тілах, можна виділити п’ять основних видів: розтяг, стиск, зсув, кручення і згин (мал. 118). Деформації поділяють на пружні, які зникають після припинення дії зовнішніх сил (оскільки молекули тіла розташовуються в початковому положенні), та пластичні, коли відновлення форми тіла не відбувається.
Мал. 118. Види деформацій
Надалі будемо розглядати пружні деформації розтягу (стиску).
ЗАКОН ГУКА. Для пружних деформацій розтягу (стиску) англійським ученим Р. Гуком у 1660 р. експериментально був встановлений закон, який названо його ім’ям. На малюнку 119 подані результати досліду щодо вивчення залежності видовження пружини від величини прикладеної сили.
Мал. 119. Залежність сил пружності від деформації
Коли до пружини підвісити один тягарець, то внаслідок дії земного тяжіння він рухається вниз і розтягує пружину до тих пір, поки сила тяжіння не врівноважиться силою пружності, що виникає у пружині. Збільшуючи кількість тягарців, спостерігаємо, що у скільки разів збільшується прикладена сила, у стільки ж разів збільшується і видовження пружини.
Отже, чим більшу силу прикладено до тіла, тим більше воно деформується. Разом з тим, чим більшою є деформація, тим більша сила пружності виникає в тілі, тобто сила пружності пропорційна деформації.
Закон Гука: сила пружності, яка виникає під час пружної деформації тіла, прямо пропорційна видовженню тіла (Δl) і напрямлена в бік, протилежний до напряму переміщень частинок тіла під час деформації.
Δl — абсолютна деформація (видовження чи стиснення тіла).
Знак «-» показує, що напрям сили пружності протилежний напряму зміщення краю деформованого тіла.
На малюнку 120 зображено графічну залежність сили пружності від видовження тіла.
Мал. 120. Графіки залежності сили пружності від видовження
Аналізуючи графіки, бачимо, що жорсткість першого тіла
Тобто, чим крутіше вгору спрямований графік, тим більша жорсткість тіла, тим сильніше воно протидіє деформації.
ВИМІРЮВАННЯ СИЛ. На законі Гука ґрунтується дія приладів для вимірювання сили — динамометрів (або силомірів).
Конструкції динамометрів досить різноманітні (мал. 121), але принцип їх роботи однаковий: у них використано властивість тіл подовжуватися, згинатися чи стискатися в разі пружної деформації прямо пропорційно до величини прикладеної сили.
Мал. 121. Конструкції динамометрів
ПІДБИВАЄМО ПІДСУМКИ
Сила пружності — це сила, що виникає під час деформації тіла і намагається повернути тіло в початковий стан.
Деформації бувають пружні й пластичні.
Для пружної деформації розтягу (стиску) виконується закон Гука: сила пружності, яка виникає під час пружної деформації тіла, прямо пропорційна видовженню тіла (Δl) і напрямлена в бік, протилежний до напряму переміщень частинок тіла під час деформації: Fпр = -kΔl.
ЗАВДАННЯ ДЛЯ КОНТРОЛЮ ЗНАНЬ
Дайте відповідь на запитання
- 1. Унаслідок чого з’являється сила пружності? Яка природа цієї сили?
- 2. Що таке деформація? За яких умов виникають деформації тіл?
- 3. Яку деформацію називають пружною, а яку — пластичною? Назвіть види деформації.
- 4. Як формулюється і записується закон Гука? Що означає знак «мінус» у формулі закону Гука?
- 1. Чи завжди при збільшенні сили, яка розтягує тіло, у стільки ж разів збільшується його деформація?
- 2. Тягарець вертикального пружинного маятника здійснює коливання (мал. 122). Взаємодією яких тіл зумовлюється його рух униз; угору?
Мал. 122. Пружинний маятник
1. При розтягуванні пружини на 6 см виникає сила пружності 1,8 Н. Яка сила виникає внаслідок розтягування цієї пружини на 2,5 см?
2. Щоб стиснути пружину на 6 см, треба прикласти силу 120 Н. Яку силу треба прикласти до пружини, щоб стиснути її на 4,5 см?
3. До пружини, один кінець якої закріплено в штативі, підвісили вантаж. При цьому пружина видовжилася на 4 см. Якою є маса вантажу, якщо жорсткість пружини становить 200 Н/м?
4. На малюнку 123 наведено графік залежності довжини пружини від значення сили, що розтягує пружину. Яка сила пружності виникає в пружині, якщо вона видовжена на 12 см; 17 см?
Мал. 123. Яка сила пружності виникає в пружині?
5. Щоб пружина видовжилася до 15 см, потрібно прикласти силу 45 Н, а до 18 см — 72 Н. Визначте довжину пружини в недеформованому стані.