Как же в твердых телах возникают силы, обеспечивающие прочность и упругость (то есть сопротивляемость нагрузкам)?
Дело в том, что в любом теле атомы химически связаны между собой. Сами атомы можно смоделировать в виде шариков, а связи между ними в виде пружинок. Вот эти связи и делают тело твёрдым, они же определяют и его химические свойства. Разрушение химических связей освобождает энергию пороха и бензина, те же связи делают резину и железо упругими и прочными.
Когда тело полностью свободно от механических нагрузок (такого практически не бывает) пружинки в модели находятся в нейтральном положении. Любая попытка сблизить атомы (сжатие) или оттянуть их друг от друга (растяжение) сопровождается укорочением или удлинением (небольшим) межатомных "пружин". Жесткость этих межатомных связей может изменяться в широких пределах. Смещения во многих телах оказываются очень малыми. Например, если я (массой 100 кг) наступлю на обычный строительный кирпич, то его высота уменьшится примерно на 0,00005 сантиметра. А два любых соседних атома станут ближе друг к другу на 0,000 000 000 000 02 см. Эта величина соответствует реальным перемещениям атомов.
В больших конструкциях и перемещения атомов большие. К примеру, в Шотландии есть залив Форт, через который перекинут мост. Канаты этого мост при общей длине 3 километра постоянно растянуты на 0,1% длины, что составляет около 3 метров. В этих канатах атомы железа удаляются на величину 0,002 сантиметра, что для атомов очень много!
Тот факт, что расстояние между атомами действительно меняется под нагрузкой был многократно проверен экспериментальным путем. Лучшие результаты дает стандартный метод измерения межатомных расстояний при дифракции рентгеновских лучей. Доказано, что смещения атомов в металлах строго пропорциональны изменению длины всего куска металла.
Вот эти "межатомные" пружинки во всей своей многочисленности и создают силы упругости, которые по третьему закону Ньютона отталкивают нас от твердой поверхности. Они же отвечают и за прочность тел.
Спасибо за внимание. Подписывайтесь на канал.