După cum știm, în partea dreaptă a celei de-a doua legi a lui Newton
este rezultatul (atunci m
este suma vectorilor) tuturor forțelor aplicate corpului. Acum trebuie să studiem forțele de interacțiune a corpurilor în mecanică. Cele trei tipuri: forța elasticității, forța gravitațională și forța de frecare. Începem cu forța elasticității.
10.1 Deformarea
Forțele de elasticitate apar atunci când deformările corpurilor. Deformarea este o schimbare în forma și mărimea corpului. Deformările includ întinderea, compresia, torsiunea, forfecarea și îndoirea.
Deformările sunt elastice și din plastic.
Deformarea elastică dispare complet după îndepărtarea influenței externe, care a provocat deformări. Drept rezultat, corpul deformat își reînnoiește inițial dimensiunea și forma originală.
Deformarea plastică este reținută (poate parțial) după îndepărtarea încărcăturii externe, iar corpul nu mai revine la dimensiunile și forma anterioară.
Particulele de corp (molecule sau atomi) reacționează unele cu altele forțele de atracție și repulsie, având origine electromagnetică (că forțele care acționează între nucleele și electronii atomilor învecinate). Forțele de interacțiune depind de distanțele dintre particule. Dacă nu există o deformare, atunci forțele de atracție sunt compensate de forțele repulsive. Cu deformarea, distanțele dintre particule se schimbă, iar echilibrul forțelor de interacțiune este încălcat.
De exemplu, atunci când tija este întinsă, distanțele dintre particulele sale cresc, iar forțele gravitaționale încep să predomine. În schimb, atunci când tija este comprimată, distanțele dintre particule scad, iar forțele respingătoare încep să predomine. În orice caz, există o forță care este direcționată în direcția opusă deformării și urmărește restabilirea configurației originale a corpului.
Forța de elasticitate este forța care apare atunci când corpul este deformat elastic și îndreptat spre partea opusă deplasării particulelor corpului în timpul deformării. Rezistența elasticității:
1. acționează între straturile adiacente ale corpului deformat și se aplică fiecărui strat;
2 funcționează prin corpul deformat pe ea, cauzând deformări și aplicate la locul de contact al organismelor perpendicular pe suprafețele de contact cu corpul acestuia (un exemplu tipic al unei forțe de reacție podea).
Forțele care rezultă din deformările plastice nu aparțin forțelor elastice. Aceste forțe nu depind de magnitudinea deformării, ci de viteza apariției acesteia. Studiul acestor forțe depășește cu mult curriculumul școlar.
În fizica școlară se iau în considerare întinderi ale firelor și cablurilor, precum și tensiunea și compresiunea arcurilor și tijelor. În toate aceste cazuri, forțele elastice sunt direcționate de-a lungul axelor acestor corpuri.
10.2 Legea lui Hooke
Deformarea este numită mică dacă modificarea dimensiunii corpului este mult mai mică decât dimensiunile originale. Pentru deformări mici, dependența forței elastice de tulpina este liniară.
Legea lui Hooke. Mărimea absolută a forței elastice este direct proporțională cu magnitudinea tulpinei. În special, pentru un arc comprimat sau întins cu o cantitate x, forța elastică
unde k este coeficientul de rigiditate a arcului.
Coeficientul de rigiditate depinde nu numai de materialul arcului, ci și de forma și dimensiunile acestuia.
Rezultă din (57) că graficul dependenței forței elastice de deformația (mică) este o linie dreaptă (Figura 25):
Fig. 25. Legea lui Hooke
Coeficientul de rigiditate k este panta în ecuația liniei drepte F = kx. Prin urmare, se aplică următoarea egalitate:
unde unghiul de înclinare al unei linii date la axa abscisei. Această egalitate este convenabilă pentru a fi utilizată în determinarea experimentală a lui k.
Subliniem încă o dată faptul că legea lui Hooke privind dependența liniară a forței elastice de tulpina este valabilă numai pentru micile deformări ale corpului. Atunci când deformările încetează să mai fie mici, această dependență încetează să mai fie liniară și dobândește o formă mai complexă. În consecință, linia dreaptă din Fig. 25 aceasta este doar o mică secțiune inițială a graficului curbilinar care descrie dependența lui F de x pentru toate valorile tulpinei x.
10.3 Modul lui Young
În cazul special al deformărilor de tije mici, există o formulă mai detaliată care specifică forma generală (57) a legii Hooke.
Anume, dacă o tijă cu lungimea l și suprafața secțiunii transversale S este întinsă sau strânsă cu o cantitate x, atunci pentru forța elastică, formula este valabilă:
Aici E este modulul Young al materialului tijei. Acest coeficient nu mai depinde de dimensiunile geometrice ale tijei. Modulele Young de diferite substanțe sunt enumerate în tabelele de referință.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: