Evaluare: 5/5
Forța de contracarare a unei substanțe elastice la întindere sau comprimare liniară este direct proporțională cu creșterea sau contracția relativă a lungimii.
Imaginați-vă că ați luat un capăt al unui arc elastic, celălalt capăt al căruia este fixat nemișcat și a început să-l întindă sau să-l comprime. Cu cât strângeți mai mult izvorul sau îl întindeți, cu atât mai puternic îl rezistă. Pe acest principiu sunt aranjate orice scale de primăvară - fie haosul (arcul este întins în el), fie balanțele cu arc de platformă (arcul este comprimat). În orice caz, arcul contracarează deformarea sub greutatea încărcăturii, iar forța de atracție gravitațională a greutății care trebuie cântărită pe Pământ este echilibrată de elasticitatea arcului. Datorită acestui fapt putem măsura masa obiectului care trebuie cântărit prin abaterea capătului arcului din poziția sa normală.
Primul studiu cu adevărat științific al procesului de întindere și comprimare elastică a materiei a fost realizat de Robert Hooke. Inițial, el a folosit experiența sa, chiar nu este primavara, ca un șir de caractere, măsurați modul în care aceasta se prelungește sub influența diferitelor forțe aplicate la un capăt, în timp ce celălalt capăt este fixat rigid. El a aflat că până la o anumită limită șir întins strict proporțional cu forța aplicată până când ajunge la limita tulpina elastică (elasticitate) și nu începe să sufere deformări neliniare ireversibile (cm. De mai jos). Sub forma unei ecuații, legea lui Hooke este scrisă în următoarea formă:
unde F este forța de rezistență elastică a șirului, x este întinderea sau compresia liniară, k este așa-numitul coeficient de elasticitate. Mai mare k. cu cât firul este mai greu și cu atât este mai greu să se întindă sau să se comprime. Semnul minus din formula indică faptul că șirul contracarează deformarea: atunci când se întinde, tinde să se scurteze și, când este presat, tinde să se îndrepte.
Legea lui Hooke a constituit baza pentru divizarea mecanicii, care se numește teoria elasticității. Sa dovedit că are aplicații mult mai largi, deoarece atomii dintr-un solid se comportă ca și cum ar fi conectați printr-o șir, adică sunt fixați elastic într-o rețea de cristal vrac. Astfel, pentru o deformare elastică nesemnificativă a materialului elastic, forțele de acțiune sunt de asemenea descrise de legea lui Hooke, dar într-o formă oarecum mai complicată. În teoria elasticității, legea lui Hooke are următoarea formă:
unde σ este tensiunea mecanică (forța specifică aplicată pe zona transversală a secțiunii transversale a corpului), η este alungirea sau compresia relativă a șirului, E este așa numitul modul Young. sau modul de elasticitate. care joacă același rol ca și coeficientul de elasticitate k. Depinde de proprietățile materialului și determină cât de mult corpul este întins sau comprimat sub deformare elastică sub influența unei singure stări mecanice.
De fapt, Thomas Young este mult mai bine cunoscut în știința ca fiind unul dintre susținătorii naturii undă a luminii, teoria a dezvoltat o experiență convingătoare cu divizarea unui fascicul de lumină în două fascicule pentru confirmarea acestuia (a se vedea. Complementaritatea și principiul de interferență), atunci fără îndoială loialitatea față de teoria ondulatorie a luminii nimeni nu a plecat (deși Jung nu a reușit să își înfășoare pe deplin ideile într-o formă matematică strictă). In general, modulul lui Young este una dintre cele trei valori care permit să descrie răspunsul material solid la forța externă aplicată pe acesta. Al doilea - o unitate de deplasare (descrie modul în care substanța este deplasată de către forța aplicată tangențial la suprafață), iar al treilea - raportul Poisson (descrie cum diluant solid când sunt întinse). Acesta din urmă este numit după matematicianul francez Simeon Denis Poisson (Siméon-Denis Poisson, 1781-1840).
Bineînțeles, legea lui Hooke, chiar într-o formă îmbunătățită de Jung, nu descrie tot ce se întâmplă cu o substanță solidă sub influența forțelor externe. Imaginați-vă o bandă de cauciuc. Dacă nu vă întindeți prea strâns, pe partea benzii de cauciuc va apărea o tensiune rezistentă și, imediat ce o eliberați, se asamblează imediat și își asumă aceeași formă. Dacă întindeți banda de cauciuc mai departe, mai devreme sau mai târziu își va pierde elasticitatea și veți simți că rezistența la tracțiune a slăbit. Deci, ați depășit limita așa-numită elastică a materialului. Dacă trageți cauciucul și porniți-l, după un timp se va sparge în general, iar rezistența va dispărea complet - ați trecut prin punctul de ruptură așa-numit.
Cu alte cuvinte, legea lui Hooke funcționează numai pentru compresiuni sau tulpini relativ mici. În timp ce substanța își păstrează proprietățile elastice, forțele de deformare sunt direct proporționale cu magnitudinea ei și aveți de-a face cu un sistem liniar - fiecare creștere egală a forței aplicate corespunde unei creșteri egale a deformării. Merită să trageți cauciucul dincolo de limita elastică. iar legăturile interatomice - izvoarele din interiorul substanței slăbesc mai întâi și apoi se rup - și ecuația liniară simplă Hooke încetează să mai descrie ceea ce se întâmplă. În acest caz, este obișnuit să spunem că sistemul a devenit neliniar. Astăzi, studiul sistemelor și proceselor neliniare este una dintre principalele direcții în dezvoltarea fizicii.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: