Закон Гука
От чего же зависит сила упругости? Роберт Гук, современник Ньютона, ответил на этот вопрос (рисунок 8).
Рисунок 8. Английский физик и изобретатель Роберт Гук (1635-1703). Установил зависимость силы упругости от деформации тела
Рассмотрим опыт, изображенный на рисунке 9.
Рисунок 9. Опыт на определение зависимости силы упругости от деформации тела.
У нас есть штатив, к которому мы прикрепим резиновый шнур. Измерим его длину и обозначим как $l_0$.
Далее подвесим к шнуру чашку с гирей. Шнур удлинится. Снова измерим его длину — теперь она имеет значение $l$.
Шнур изменил свою длину после наших действий. Это изменение (удлинение шнура) мы можем найти по формуле:$\Delta l = l- l_0$,где $\Delta l$ — изменение длины. Знак $\Delta$ (греческая буква “дельта”) используется как символ для обозначения изменения между значениями какой-либо величина.
Если мы будем менять гири на чашке, то будет меняться длина шнура, то есть его удлинение (деформация) $\Delta l$.
Так мы подошли к закону Гука. Как он формулируется?
Здесь $\Delta l$ — изменение длины тела, $k$ — коэффициент пропорциональности, который называется жесткостью. Жесткость тела зависит от материала, формы и размеров тела.
{"questions":[{"content":"К одной и той же пружине по очереди подвешивают 2 груза.<br />С первыми грузом пружина удлинилась на 6 см.<br />Со вторым грузом пружина удлинилась на 13 см.<br />В каком случае силу упругости была больше?`choice-1`","widgets":{"choice-1":{"type":"choice","options":,"explanations":,"answer":}},"hints":[]}]}
Деформация и ее виды
Рассмотрим следующий случай (рисунок 2). Подвесим тело на нити.
Рисунок 2. Тело, подвешенное на нити
В таких конструкциях нить часто называют подвесом. Когда мы подвесили тело, нить начала растягиваться — в ней возникла сила упругости.
Чем больше нить растягивается, тем больше становится сила упругости. Как и в случае с опорой, как только сила упругости станет равной силе тяжести, растяжение прекратится.
Когда возникает сила упругости?Получается, что сила упругости возникает при деформации тел. Если исчезает деформация, то исчезает и сила упругости.
Что называют деформацией тела?
Какие виды деформаций вы знаете?Иногда после таких взаимодействий тело, испытывающее деформацию, меняет свои форму и размеры — происходит неупругая (пластическая) деформация. А иногда возвращается в исходное состояние. Тогда деформация называется упругой (рисунок 3).
Рисунок 3. Упругая и пластическая деформации
Дадим определения
Упругая деформация бывает различных видов:
- Растяжения (рисунок 2)
- Сжатия (рисунок 4)
Рисунок 4. Деформация сжатия пружины.
- Сдвига (при такой деформации нагрузка прикладывается параллельно основанию тела, и одна часть тела сдвигается относительно другой (рисунок 5));
Рисунок 5. Деформация сдвига.
- Изгиба (рисунок 1);
- Кручения (рисунок 6).
Рисунок 6. Деформация кручения
Примеры деформации разных видов
1. Играем на гитаре — кратковременно растягиваем струны
2. Садимся в автомобиль — пружины подвески сжимаются
3. Сидим на тонкой доске — доска прогибается
4. Затягиваем шуруп — происходит кручение отвертки (хоть мы и не видим деформацию отвертки)
5. Двигаем расшатанный стул — происходит сдвиг сиденья относительно пола
{"questions":,"explanations":,"answer":}},"hints":},{"content":"Какому виду деформации подвергается мяч при ударе?`choice-7`","widgets":{"choice-7":{"type":"choice","options":,"explanations":,"answer":}},"hints":},{"content":"Упругую дощечку сломали пополам. Какой вид деформации произошёл?`choice-16`","widgets":{"choice-16":{"type":"choice","options":,"explanations":,"answer":}},"hints":}]}
