5.6. Proprietățile mecanice ale substanțelor solide
Tipurile de deformații. Deformarea se referă la schimbarea formei, a dimensiunii corpului. Deformarea poate fi cauzată de acțiunea forțelor externe aplicate.
Deformarea dispare complet după încetarea organismului forțelor externe, numit elastică și deformarea, și continuând după ce forțele externe au încetat să acționeze asupra organismului - din plastic.
Sunt distorsionate distorsiunea de întindere și compresiune (cu o singură latură și cu totul), îndoire, torsiune și forfecare.
Forțe de elasticitate. Când deformațiile unui corp solid, particulele (atomi, molecule, ioni), localizate la nodurile laturii cristaline, sunt deplasate din pozițiile lor de echilibru. Această înclinație este contracarată de forțele de interacțiune dintre particulele unui corp solid care dețin aceste particule la o anumită distanță unul față de celălalt. Prin urmare, pentru orice fel de deformare elastică, apar forțe interne în corp care împiedică deformarea sa.
Fig. 5.11 Deformarea întinderii (a) și a compresiei (b)
Forțele care apar în organism atunci când acesta este deformarea elastică și împotriva direcției de deplasare a particulelor în organism, cauzate de deformarea se numește forțe elastice. forțe elastice acționează în orice secțiune a corpului deformat și, de asemenea, la punctul de contact care cauzează deformarea corpului. În cazul unei compresiune forță elastică unilateral întindere sau este direcționată de-a lungul liniei drepte în lungul căreia un acte externe de forță care determină deformarea corpului, opusă direcției de forță și perpendiculară pe suprafața corpului.
Luați în considerare cea mai simplă deformare a întinderii longitudinale sau a comprimării unilaterale. Imaginați-vă o tijă omogenă cu lungimea L. cu o arie a secțiunii transversale S. La capetele căreia se aplică forțele F, în urma cărora lungimea tijei se modifică cu o valoare # 916; L. Pentru a caracteriza tulpina tulpinei, valoarea absolută a alungirii tijei # 916; L. dar alungirea relativă.
Forțele de tracțiune sunt considerate pozitive; în acest caz (Figura 5.11a) L este, de asemenea, pozitiv, deoarece lungimea tijei crește odată cu întinderea. Forțele de compresie sunt considerate negative; în acest caz (Figura 5.11b) L este negativ; acest lucru înseamnă că, atunci când tija este supusă comprimării unilaterale, lungimea ei L scade.
Experimentele arată că deformarea relativă este cea mai mare, cu atât este mai mare forța efectivă și cu atât este mai mică secțiunea transversală a tijei. Acest rezultat poate fi reprezentat sub forma unei relații matematice
Thomas Young (1773-1829)
Fizician englez, prin educație doctor. În plus față de medicină, a fost implicat într-o varietate de probleme științifice foarte diverse. El a creat teoria interferenței mișcărilor de undă, care a fost pusă de fizicianul francez Fresnel în baza teoriei undelor luminoase. El și-a exprimat ideea transversalității undelor luminoase. El a explicat cazarea castelului. El a dezvoltat teoria viziunii de culoare. El a introdus un modul de elasticitate, numit numele său. El a fost implicat în acustică, astronomie, interpretarea hieroglifelor egiptene.
Robert Hooke (1635-1703)
Fizician englez, botanist și arhitect. Formularea principală a legii în doctrina rezistenței materialelor. Împreună cu Huygens și Grimaldi a apărat teoria undelor luminoase. Ameliorat și inventat numeroase instrumente. Primul a indicat structura plantelor din celule. El a introdus termenul "celulă" în știință.
O cantitate este numită stres mecanic sau pur și simplu o tensiune. Luând în considerare acest lucru, expresia (5.1) ia forma
în cazul în care coeficientul # 945; numit coeficientul de elasticitate, depinde numai de materialul din care se face tija.
Împreună cu coeficientul de elasticitate # 945; se obișnuiește să se caracterizeze materialul prin reciprocitatea:
Astfel, energia potențială a tijei elastice deformate este proporțională cu pătratul alungirii absolute a eșantionului.
Diagrama de întindere. Se obișnuiește să se numească dependența grafică # 963; de la # 949;. Folosind formula (5.5), din valorile experimentale ale alungirii relative # 949; puteți calcula valorile corespunzătoare ale tensiunii normale # 963; care apar într-un corp deformat elastic. Un exemplu de diagramă de tracțiune pentru o probă metalică este prezentat în Fig. 5.12. Pe graficul 0-1, graficul are forma unei linii drepte care trece prin origine. Aceasta înseamnă că, până la o anumită valoare de tensiune, deformarea este elastică și legea lui Hooke este îndeplinită, conform căreia tensiunea normală este proporțională cu alungirea relativă. Valoarea maximă a tensiunii normale # 963; P. conform căruia legea lui Hooke este încă satisfăcută, se numește limita de proporționalitate.
Cu o creștere suplimentară a sarcinii, dependența tensiunii la alungirea relativă devine neliniară (secțiunea 1-2), deși proprietățile elastice ale corpului persistă. Valoare maximă A stresului normal, la care deformarea reziduală nu apare încă, se numește limita elastică. (Limita elastică este cu doar o sutime de procente mai mare decât limita de proporționalitate). Creșterea sarcinii peste limita elastică (secțiunea 2-3) conduce la faptul că deformarea devine reziduală.
Apoi proba începe să se extindă aproape la o tensiune constantă (secțiunea 3-4 a graficului). Acest fenomen se numește fluiditatea materialului. Stres normal # 963; T. la care deformarea reziduală atinge o valoare predeterminată, se numește punctul de randament.
La tensiunile care depășesc puterea de curgere, proprietățile elastice ale corpului sunt restabilite într-o anumită măsură și din nou începe să reziste la deformare (graficul 4-5 al graficului).
Valoarea maximă a tensiunii normale # 963; atunci când eșantionul se rupe, se numește rezistența maximă.
Să ne întrebăm, care este sensul fizic al modulului lui Young? Noi scriem legea lui Hooke sub forma:
În cazul alungirii L va fi egal cu lungimea inițială a probei L. atunci.
Aceasta înseamnă că modulul Young este egal cu tensiunea care determină proba să se alunge la jumătate. Desigur, nu există materiale care să poată fi dublate, cu excepția cauciucului și a unor polimeri. Cu toate acestea, ca o caracteristică a proprietăților elastice ale materialului, modulul lui Young este excelent.
Pentru oțel, modulul lui Young este de aproximativ 2,1 × 10 11 N / m 2. De ce aproximativ? Da, pentru că există o mulțime de note de oțel. În consecință, modulul lui Young pentru oțelul de primăvară este mai mare decât modulul Young, de la care se fac unghiile.
Plumbul este un metal moale, dar are și elasticitate, iar modul lui Young este de 15 ori mai mic decât modulul Young. Toate celelalte metale au un modul Young mai mare decât cel al plumbului, dar mai puțin decât cel din oțel. O altă caracteristică importantă a materialului structural este rezistența maximă. Limita de rezistență pentru diferite materiale este, de asemenea, foarte diferită. Otelul are forta maxima. Prin urmare, oțelul este principalul material structural. La proiectarea oricăror modele, se ia în considerare rezistența maximă, iar posibilele solicitări trebuie să fie de mai multe ori (de obicei de 10 ori) mai mici decât limita de rezistență. Există o secțiune specială în știința aplicată - rezistența materialelor. Este studiat în toate universitățile tehnice, specialiști în instruirea în proiectarea și funcționarea mașinilor și mecanismelor.
Este interesant de observat că firul de oțel, atârnat la un capăt, se întinde sub influența propriei greutăți. Și dacă un astfel de fir va avea o lungime L = 4,2 km, atunci se va rupe sub acțiunea propriei greutăți. Sârmă de plumb va rupe cu greutatea proprie la o lungime de numai 120 de metri.
Toate mașinile și structurile mecanice - turnuri, poduri, structuri arcade - sunt calculate astfel încât solicitările în orice loc al structurii să nu depășească limita elastică. În prezent, există poduri din oțel, lungimea căruia (distanța dintre stâlpi) depășește 1.000 de metri.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: