Всем физический привет!
Сегодня мы познакомимся с еще одной интересной силой, и начать мне бы хотелось с одного мысленного (или есть возможность реального) опыта.
Представим себе лук. Тугой, красивый и настоящий, как у Робина Гуда.
Пока лук лежит на столе, мы не испытываем никаких ощущений от его силы и мощи. Даже если мы его просто возьмем в руку, ощущений тоже никаких не будет. Но как только мы зарядим стрелу и оттянем тетиву, появляется некоторое сопротивление при воздействии, вернее, взаимодействии с ней. Если мы оттягиваем тетиву больше, то и сопротивление растет. Его создает сила сопротивления, а именно - сила упругости. Запишем определение.
Сила упругости - это сила, возникающая вследствие деформации тела.
Тогда вопрос - что же такое "деформация"? Слово имеет латинское происхождение и переводится, как "искажение". О том, насколько изменилась (исказилась) тетива (ее толщина, плотность, длина), говорит деформация. С нее-то мы и начнем.
Деформация
Деформация - любое изменение формы или размеров тела.
Растянулась резинка, погнулся листик бумаги, скрепку разогнули в проволоку или прогнулись доски - это всё деформация.
В свою очередь, деформация разделяется на два вида: упругую и пластическую.
При упругой деформации тело восстанавливает первоначальную форму после снятия нагрузки.
При пластической новая форма сохраняется телом. Вспомните, как вы играли в пластилин в детстве:
Более подробно мы разберем упругую деформацию, а пока поговорим поподробнее обо всех видах изменения формы и размеров тела.
Напишите по центру строки "деформация" и нарисуйте 5 стрелок от него (лучше сразу разделить страницу на 5 мнимых равных столбиков):
Начинаем заполнять столбики!
1. Растяжение
Представим себе пружинку. Прикрепим один из ее концов к стене.
Начальную длину пружинки обозначим как l0 (к сожалению, формат Дзен-статей не подразумевает нижнего индекса). Далее мы действуем силой в сторону от стены (вправо), и пружинка растягивается.
Пружина растянулась до длины l. Это конечная длина. Величина, равная разности конечной длины и начальной называется удлинением тела - Δl (читается как "дельта эль"). Как и любая длина, удлинение в СИ измеряется в метрах.
Давайте обозначим силу упругости. Если мы хотим растянуть пружину вправо, то сопротивление с ее стороны направлено противоположно - влево. Собственно, туда же и направлена сила упругости. Закончим наш первый чертеж в схеме:
2. Сжатие
Обратный растяжению процесс.
Сила упругости при растяжении будет также направления в сторону, противоположную деформирующей силе.
Кстати, обратность растяжения и сжатия можно увидеть по знаку, который стоит перед значением удлинения:
3. Изгиб
Изгиб возможен не только по вертикали - он наблюдается, когда кто-то опирается на тонкую стенку или подпирает потолок, например.
4. Сдвиг
Если у вас есть довольно большой ластик, положите его самой маленькой по площади стороной на стол, а на противоположную приложите палец. Далее пальцем попытайтесь сдвинуть верхнюю сторону ластика относительно стола. Увидели, что прямоугольник в сечении начал превращаться в параллелограмм? Значит, у вас получилось сделать сдвиг.
5. Кручение
С ластиком можно провернуть подобный трюк.
Важный вывод на основе проведенных опытов:
Сила упругости направлена в сторону, противоположную направлению частиц тела при деформации.
Закон Гука
Еще в XVII веке английский ученый Роберт Гук (тот самый, что открыл клетку) установил, что удлинение тела напрямую зависит от деформирующей силы. Сила упругости в свою очередь равна именно этой силе. В случае на рисунке - силе тяжести.
Запишем формулировку закона:
При упругих деформациях сила упругости прямо пропорциональна удлинению тела.
Формула закона:
k - это коэффициент жёсткости тела или жесткость. У каждого материала этот параметр индивидуален. Жесткость зависит от размеров и материалов тела (пружинка от авторучки имеет явно меньшую жесткость, нежели пружина от пистолета или от амортизатора). Измеряется в СИ в Н/м.
Задача
Решим комбинированную задачу уровня В-С:
Найдите коэффициент жесткости пружины, если к ней подвешен брусок из железа размером 10 см х 20 см х 40 см, а пружина удлинилась на 2,5 см.
Домашнее задание: пар. 27, упр. 15
Увидимся на уроке!