• admin
  • Комментариев: 0
  • Просмотров: 2 317
  • 6-09-2015, 20:21

Чому тіла, що знаходяться на поверхні Землі (будинки, дерева, ми з вами) не провалюються крізь Землю, хоча на них діє сила тяжіння? Чому розтягнуться пружина або тятива лука прагнуть відновити свою форму? Відповіді на ці та багато інших питань ви зможете дати, познайомившись на цьому уроці ще з одним видом сил – силою пружності.

Тема: Взаємодія тіл

Урок: Сила пружності

1. При деформації тіла виникає сила

Ви вже знаєте, що всі тіла на поверхні Землі відчувають її тяжіння. На будь-яке тіло, що перебуває на поверхні Землі або поблизу неї, діє сила тяжіння. Сніжинка, що падає з неба, рухається до Землі. Але впавши на дах, вона припиняє свій рух. Значить, щось заважає сніжинці рухатися вниз. Що ж заважає сніжинці і всій товщі снігу, що знаходиться на даху, рухатися до центру Землі під дією сили тяжіння? Відповідь: снігу заважає продовжувати рух сила, що діє на нього з боку даху. Ця сила спрямована в бік, протилежний напрямку сили тяжіння і чисельно дорівнює їй. Вона компенсує силу тяжіння, і сніг веде себе так, як якби на нього не діяли ніякі тіла. Відповідно з уже знайомим нам законом інерції він знаходиться в стані спокою.

Розглянемо ще один приклад компенсації сили тяжіння.

Горизонтально розташована сталева стрічка закріплений з двох сторін в штативах. Якщо поставити вантаж на цю стрічку, стрічка почне прогинатися по мірі руху вантажу вниз. Стрічка деформується. І при певній величині деформації стрічки вантаж зупиняється. Вантаж рухається вниз до тих пір, поки сила, що діє на нього з боку сталевої стрічки, не зрівноважить силу тяжіння.

Рис. 1. Вигнута стрічка діє на вантаж силою, яка врівноважує силу тяжіння вантажу

Сила, що виникає при деформації тіла, називається силою пружності.

2. Різновиди деформацій

Деформації розрізняють за характером зміни форми тіла. Це згин, розтяг, стиск, кручення, та ін.

Рис. 2. Класифікація деформацій за характером зміни форми тіла

Крім того, деформація ділиться на два типи – пружну і пластичну.

Після пружної деформації тіло повністю відновлює свою початкову форму розміри.

Рис. 3. Приклад пружної деформації

Після пластичної деформації тіло повністю зберігає знову придбану форму і розміри.

Так відбувається, наприклад, при ліпленні з глини або пластиліну. Пластична деформація використовується в техніці в таких процесах, як кування і штампування.

Рис. 4. Приклад пластичної деформації

3. Причина виникнення сили пружності

Причина виникнення сили пружності – зміна відстаней між молекулами при деформації і, відповідно, зміна сил міжмолекулярної взаємодії.

Якщо ми розтягуємо тіло, то відстань між його молекулами збільшується, а значить, зростає сила міжмолекулярного притягання. Якщо ж ми намагається стиснути тіло, але цим самим ми намагаємося зменшити відстань між молекулами, і тоді зростають сили міжмолекулярної відштовхування.

Рис. 5. При розтягуванні відстань між молекулами тіла збільшується

Рис. 6. При стисненні відстань між молекулами тіла зменшується

Деформація тіла найчастіше дуже мала і безпосередньо візуально не помітна. Так, коли тіло стоїть на опорі (наприклад, на столі), деформація столу не видно, але саме вона є причиною того, що тіло нерухомо, хоча на нього діє сила тяжіння.

4. Закон Гука

Набагато простіше дослідити силу пружності, коли деформація добре помітна і легко піддається вимірюванню. Так, наприклад, відбувається при розтягуванні пружин. Якщо до пружині, верхній кінець якої закріплений, підвішувати послідовно один, два, три вантажу, то можна помітити, що деформація пружини збільшується, а, отже, збільшується і сила пружності.

Англійський фізик Роберт Гук вперше встановив залежність величини сили пружності від викликала її появу деформації.

Рис. 7. Роберт Гук (1635-1703)

Гук встановив, що між подовженням тіла (збільшенням його довжини l на величину ∆l) і викликаним цим подовженням появою сили пружності існує проста зв'язок. Тут грецька буква δ (дельта) використовується для позначення зміни величини l.

При малих деформаціях сила пружності прямо пропорційна подовженню тіла.

Це твердження одержало назву закону Гука. Він справедливий лише для пружної деформації. Коефіцієнт k називається коефіцієнтом жорсткості тіла. Він вимірюється в Н/м (ньютонах на метр).

Рис. 8. Дві пружини з різним коефіцієнтом жорсткості

На рис. 8 зображені дві пружини, які до підвішування вантажів мали однакову довжину. Але права пружина під дією вантажів подовжилася більше, ніж ліва під дією таких же вантажів. Це означає, що коефіцієнт жорсткості цих пружин різний.

В обох пружинах сила пружності однакова. І якщо права пружина подовжилася більше лівого, то, згідно з законом Гука, її коефіцієнт жорсткості менше.

Коефіцієнт жорсткості описує пружні властивості тіла. Він залежить від форми і розмірів тіла, а також від матеріалу, з якого воно виготовлене.

5. Висновки

Ми з'ясували, що при зовнішньому впливі на тіло в ньому на межмолекулярном рівні виникають зміни – деформація призводить до зміни відстані між молекулами. Існують різні види деформацій. Сила, яка виникає при деформації, називається силою пружності. При малих деформаціях розтягування (стиснення) сила пружності прямо пропорційна подовженню тіла.

 

Список літератури

1. Перышкин А. В. Фізика. 7 кл. – 14-е изд., стереотип. – М: Дрофа, 2010.

2. Перышкин А. В. Збірник задач з фізики, 7 – 9 кл.: 5-е изд., стереотип. – М: Видавництво «Іспит», 2010.

3. Лукашик В. І., Іванова О. В. Збірник задач з фізики для 7 – 9 класів загальноосвітніх установ. – 17-е изд. – М: Просвітництво, 2004.