Презентация - "Презентация - "Сила упругости. Закон Гука. Модуль Юнга""

Силы упругости
Презентацию подготовил
Учитель физики
Усманов Шамиль Нуруллович

Когда возникают силы упругости?
Деформация – это изменение формы и размеров тела.
Упругая деформация
исчезает после
удаления нагрузки
Пластическая
деформация
остается после
удаления нагрузки

упругая
пластическая
Деформации

Сила упругости – сила, возникающая при упругой деформации тела и направленная противоположно направлению смещения частиц при деформации.

Все тела состоят из атомов или молекул

Частицы взаимодействуют между собой с силами притяжения и отталкивания

Расстояния между частицами сравнимы с размерами частиц

Увеличиваем расстояния – возникают силы притяжения;
Уменьшаем – возникают силы отталкивания.

СИЛЫ УПРУГОСТИ
имеют
ЭЛЕКТРОМАГНИТНУЮ ПРИРОДУ

Сила упругости:
1) действует между соседними слоями деформированного тела и приложена к каждому слою;
2) действует со стороны деформированного тела на соприкасающееся с ним тело, вызывающее деформацию, и приложена в месте контакта данных тел перпендикулярно их поверхностям (типичный пример – сила реакции опоры).

Растяжение,
сжатие
Изгиб
Сдвиг
Кручение
Деформации

Растяжение
(увеличиваются размеры тела)
испытывают тросы, канаты, лески в подъемных устройствах, стяжки между вагонами

Сжатие
(уменьшаются размеры тела)
испытывают столбы, колонны, стены, фундаменты, некоторые кости скелета и др.

Изгиб
(сочетание растяжения и сжатия)
испытывают нагруженные балки,
кронштейны, сиденья

Сдвиг
испытывают балки в местах опор, заклепки, соединяющие детали

Кручение (сводится к сдвигу)
испытывают болты при завертывании, валы машин, сверла

1. Сила натяжения
2. Сила реакции опоры
3. Сила нормального давления

Разновидности силы упругости
Сила натяжения –сила упругости, действующая на тело со стороны нити или пружины Направлена вдоль нити

Сила реакции опоры – сила упругости, действующая на тело со стороны опоры. Направлены перпендикулярно ее поверхности вверх.

Сила нормального давления – сила упругости действующая
со стороны тела на опору. Направлены перпендикулярно поверхности вниз.

Закон Гука

РОБЕРТ ГУК
Родился 18 июля 1635 г на английском острове Уайт в семье настоятеля местной церкви.
Современник Ньютона он не раз стоял на пороге великих открытий (и даже оспаривал в суде авторство закона всемирного тяготения), но не владея математикой в должной мере, ограничился гениальными догадками.

х
2х
Fупр1
Fупр2

Fупр,H
x, см
0
График зависимости силы упругости от удлинения
Вывод: сила упругости прямо пропорциональна величине деформации

Деформация тел является упругой при условии, что она невелика и длится недолго.
Закон Гука:
при упругой деформации деформирующая сила и деформация пропорциональны друг другу.

где k – жёсткость пружины [Н/м],
х – величина деформации [м].
- Абсолютное удлинение тела

Деформация стержня

Величина жесткости для стержня зависит не только от материала стержня, но и от его первоначальной длины и площади поперечного сечения S:
E – модуль упругости материала, или модуль Юнга

Относительное удлинение
оно не зависит от длины стержня, но зависит от площади поперечного сечения S стержня

Механическое напряжение - отношение модуля внешней силы F к площади S сечения тела

Закон Гука
- Модуль Юнга - характеристика сопротивляемости материала деформации
СИ:
Если обозначить , то

Модуль Юнга
Модуль Юнга зависит только от свойств материала и не зависит от размеров и формы тела.

Модуль Юнга показывает напряжение, которое необходимо приложить к телу, чтобы удлинить его в 2 раза.

Для различных материалов модуль Юнга меняется в широких пределах. Для стали, например, E ≈ 2·1011 Н/м2, а для резины E ≈ 2·106 Н/м2.

Диаграмма растяжения
Зависимость σ = σ( ε) - одна из важнейших характеристик механических свойств твердых тел.
графическое изображение зависимости σ = σ( ε)

σпр - максимальное значение, при котором сохраняется линейная зависимость σ = σ( ε) , называется пределом пропорциональности (точка a).

При дальнейшем увеличении напряжения, зависимость σ = σ( ε) становится нелинейной (участок ab). Однако при снятии напряжения деформация практически полностью исчезает. Максимальное напряжение на этом участке называется пределом упругости .

На участке bc деформация происходит почти без увеличения напряжения. Это явление называется текучестью материала.

В точке d достигается наибольшее напряжение σmax, которое способен выдержать материал без разрушения (предел прочности). В точке e происходит разрушение материала.

Механические характеристики
- предел пропорциональности - наибольшее напряжение, до которого справедлив закон Гука
- предел упругости – наибольшее напряжение, при котором ещё не возникают заметные остаточные деформации
- предел текучести – напряжение , при котором происходит рост остаточных деформаций образца при практически постоянной силе
- предел прочности – условное напряжение, соответствующее Наибольшей силе, выдерживаемой образцом до разрушения

Жесткость параллельно соединенных пружин

Жесткость последовательно
соединенных пружин

Решение задач

К пружине школьного динамометра подвешен груз массой 0,1 кг. При этом пружина удлинилась на 2,5 см. Определите удлинение пружины при добавлении ещё двух грузов по 0,1 кг. Ответ выразите в сантиметрах.
7,5

На рисунке представлен график зависимости модуля силы упругости от удлинения пружины. Какова жёсткость пружины?
750 Н/м

6

После того как груз массой 600 г аккуратно отцепили от груза  пружина сжалась так, как показано на рисунке, и система пришла в равновесие. Пренебрегая трением, определите, чему равен коэффициент жесткости пружины. Нить считайте невесомой.
Блок можно рассматривать как равноплечий рычаг: сила натяжения нити с обеих сторон от блока одинаковая.
K=600 Н/м

На гладкой горизонтальной поверхности находится пружина, прикреплённая одним концом к вертикальной стене. Если к свободному концу пружины приложить некоторую горизонтально направленную силу, то в равновесном состоянии её длина будет равна 7 см. При увеличении модуля силы на 1,2 Н длина пружины увеличивается на 2 см. Какова жёсткость этой пружины?
K=60 Н/м

К закрепленной одним концом проволоке диаметром 2мм подвешен груз массой 10кг. Найти механическое напряжение в проволоке.