Сила пружності

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук
Сила пружності спрямована протилежно до зміщення викликаного силою тяжіння

Си́ли пру́жності — сили, що виникають в тілі при його пружній деформації, викликані цією деформацією. Є окремим випадком потенційних сил. Наближено описуються законом Гука

Історія вивчення сил пружності[ред.ред. код]

Зважаючи на те, що пружні сили використовувались людиною досить давно (приклад: лук, катапульти для метання каменів і т. д.), першим до розуміння пружних сил і деформацій прийшов у 1660 Роберт Гук. У 1675 він сформулював своє відкриття дуже коротко, у вигляді латинського афоризму: «Ut tensio sic vis», зміст якого полягає в тому, що «який розтяг, така й сила». Але опублікував Гук не цю тезу, але анаграму: «ceiiinosssttuu». (Так тоді забезпечували пріоритет, не розкриваючи суті відкриття.)

Ймовірно, в цей час Гук вже розумів, що пружність — універсальна властивість твердих тіл, але вважав необхідним підтвердити свою упевненість експериментально. У 1678 вийшла книга Гука, присвячена пружності, де описувалися досліди, з яких випливає, що пружність є властивістю «металів, дерева, кам'яних порід, цеглини, волосся, рогу, шовку, кістки, м'яза, скла і т. п». Там же була розшифрована анаграма. Дослідження Роберта Гука привели не лише до відкриття фундаментального закону пружності, але і до винаходу пружинних хронометрів (до того були тільки маятникові). Вивчаючи різні пружні тіла, Гук встановив, що «коефіцієнт пропорційності» (зокрема, жорсткість пружини) сильно залежить від форми і розмірів пружного тіла, хоча матеріал грає вирішальну роль.

Пройшло понад сто п'ятдесять років, протягом яких досліди з пружними матеріалами проводили Бойль, Кулон, Нав'є та інші фізики. Одним з основних дослідів стало розтягування зразка матеріалу у вигляді стержня. Для порівняння результатів, отриманих в різних лабораторіях, треба було або використовувати завжди однакові зразки, або навчитися виключати вплив розмірів зразка. І в 1807 з'явилася книга Томаса Юнга, у якій було введено модуль пружності, як величину, що описує властивість пружності матеріалу незалежно від форми і розмірів зразка, що використовувався в досліді.

Природа сил пружності[ред.ред. код]

При деформації тіл їх частинки зміщуються одна відносно іншої. Внаслідок цього змінюються відстані між атомами чи молекулами, з яких складаються тіла. Це приводить до зміни сил взаємодії між частинками. Якщо відстані між ними збільшуються (наприклад, при розтягуванні), то силою міжмолекулярної взаємодії є сила притягання. Якщо відстані між частинками зменшуються (наприклад, при стискуванні), то силою міжмолекулярної взаємодії є сила відштовхування. Тобто при деформації тіла у ньому виникають сили, що прагнуть повернути його у попередній стан. Ці сили і є силами пружності, а властивість називають пружністю.

Сили пружності, які діють всередині матеріалу стрижня при його розтягу, віднесені до площі перерізу стрижня, називають напруженням.

 — нормальне напруження, де сила пружності нормальна до поверхні поперечного перерізу стрижня.

Подібно до цього виникають і напруження стиску, коли під дією зовнішньої сили матеріал стискається.

Завдяки взаємодії частин тіла напруження передається всьому стрижню; для будь-якого його перерізу нормальне напруження — одна і та ж величина за умови однорідної деформації.

При деформації однорідного зсуву в тілі виникають тангенціальні напруження: сили пружності зрівноважують зовнішню тангенціальну силу .

 — тангенціальне напруження.

Напруження має зміст внутрішнього тиску і вимірюється як і тиск, в паскаляхСІ).

Закон Гука[ред.ред. код]

Докладніше: Закон Гука

Зокрема, при деформації розтягу або стиску довгого тонкого стрижня або пружини, загальна сила пружності, направлена вздовж осі стрижня (пружини), визначається формулою

,

де x — абсолютне видовження,

F — сила пружності,
k — коефіцієнт жорсткості. Жорсткість залежить від розмірів тіла, його форми і матеріалу, з якого виготовлене тіло.

Сила пружності вимірюється в ньютонах [Н].

Нелінійні деформації[ред.ред. код]

При збільшенні величини деформації закон Гука перестає діяти, сила пружності починає складним чином залежати від величини розтягування або стиснення.

Пластичні деформації[ред.ред. код]

При ще більшій величині деформації залежність сили пружності від величини розтягу чи стиснення стає гістерезисною — в тілі відбуваються незворотні зміни.

Джерела[ред.ред. код]

  • Єжов С. М., Макарець М. В., Романенко О. В. Класична механіка. — К. : ВПЦ "Київський університет", 2008. — 480 с.
  • Дідух Л. Д. Основи механіки. — Тернопіль : Підручники і посібники, 2010. — 304 с. — ISBN 978-966-07-1817-3.
  • Вайданич В. І., Пенцак Г. М. Фізика. — Львів : Національний лісотехнічний університет України, 2009. — 664 с. — ISBN 5-7763-0227-7.
  • Воловик П. М. Фізика для університетів. — Київ : Перун, 2011. — 864 с. — ISBN 966-569-172-4.
  • Іванків Я. І., Палюх Б. М. Механіка [Текст] : навч. посібник для студ. фіз. спец. вузів. — Київ : ІСДО, 1995. — 228 с. — ISBN 5-7763-9897-5.
  • Козицький С. В., Поліщук Д. І. Курс загальної фізики: підруч. для студ. ВНЗ: у 6 т. Т. 1. Механіка. — Одеса : Астропринт, 2011. — 471 с.


Посилання[ред.ред. код]

Фізика Це незавершена стаття з фізики.
Ви можете допомогти проекту, виправивши або дописавши її.