Сила упругости какая природа этой силы

1. Деформация твёрдого тела. Физическая природа силы упругости

Деформация — явление изменения геометрических параметров тела: его формы (например, сжатие кубика со всех сторон) или размеров тела (например, растяжение резинового жгута).

Упругой называют такую деформацию тела, при которой оно полностью восстанавливает свои геометрические параметры (форму или размер) после того, как действие деформирующей внешней силы прекращается.

Какой бы ни была деформация, из-за относительного перемещения частиц в теле характер действующих между ними сил электромагнитной природы меняется. При сближении частиц начинают преобладать силы отталкивания, при удалении — силы притяжения.

В итоге возникающие в теле силы направлены так, чтобы восстановить первоначальное положение частиц друг относительно друга. В результате возникает сила, которая называется силой упругости . Часто её обозначают как \(\vec_\). Величина этой силы зависит от особенностей взаимодействия частиц в материале (свойств материала) и того, насколько изменилась геометрия тела (от величины деформации).

В простейшем случае под действием внешней силы изменяется только один из размеров, характеризующих тело.

Наиболее часто встречаются (рис. \(1\)) растяжение (длина тела увеличивается) и сжатие (длина тела уменьшается).

Деформации называются малыми , если их величина \(\Delta l\) намного меньше, чем начальная длина тела \(l_\).

Источник

Природа сил упругости;

Силы упругости – силы, восстанавливающие то состояние тела, которое было до деформации. Эта сила возникает из-за взаимодействия частиц (притяжения и отталкивания). Но и F_упр возникает также, когда тело изгибают или скручивают, сл-но, F_упр возникает при деформациях тела, она направлена к поверхности соприкосновения взаимодействующих тел. Все тела состоят из атомов или молекул. Расстояние между ними очень малы, как и сами частицы. Частицы взаимодействуют между собой. K=l/l₀ – коэффициент жёсткости. Диаграмма рас-ния – это график зависимости  от  (=F()). ОА – область упругой деформации;(з-н Гука); т.А — _n – предел пропорциональности(это max, при котором ещё выполняется з-н Гука); АВ – область остаточных деформаций, деф-ция  0,1%. Т.B-_упр – предел упругости (max, при котором ещё не возникают заметные остаточные деформации); ВС – область текучести; т.С ­- предел текучести; СD- течёт материал; т.D-_nч – предел прочности; после т.D – разрушение материала;

Д еформации- это растяжение, сжатие, изгиб, кручение и т. д. При любом виде деформации, если она не велика, возникает сила упругости, восстанавливающая то состояние, в котором тело находилось до деформации.

Сила упругости, возникающая при деформации тела, пропорциональна удлинению тела и направлению перемещения частиц тела относительно других частиц при деформации. Fупр.=-kx. k- коэффициент пропорциональности, называемый жесткостью тела. [Fупр.]=[Н/м].

Модуль Юнга- величина, характеризующая упругость материала. l/l=- относительное удлинение, F/S=- напряжение. = F.

Вынужденные электромагнитные колебания.

Переменный ток: генератор переменного тока, мощность переменного тока;

Действующие значения силы переменного тока и напряжения.

Переменный ток в электрических цепях является результатом возбуждения в них вынужденных электромагнитных колебаний. Пусть плоский виток имеет площадь S и вектор индукции B составляет с перпендикуляром к плоскости витка угол . Магнитный поток Ф через площадь витка в данном случае определяется выражением . При вращении витка с частотой  угол  меняется по закону ., тогда выражение для потока примет вид . Изменения магнитного потока создают ЭДС индукции, равную минус скорости изменения потока . Следовательно, изменение ЭДС индукции будет проходить по гармоническому закону . Напряжение, снимаемое с выхода генератора, пропорционально количеству витков обмотки. При изменении напряжения по гармоническому закону напряженность поля в проводнике изменяется по такому же закону. Под действием поля возникает то, частота и фаза которого совпадают с частотой и фазой колебаний напряжения . Колебания силы тока в цепи являются вынужденными, возникающими под воздействием приложенного переменного напряжения. При совпадении фаз тока и напряжения мощность переменного тока равна или . Среднее значение квадрата косинуса за период равно 0.5, поэтому . Действующим значением силы тока называется сила постоянного тока, выделяющая в проводнике такое же количество теплоты, что и переменный ток. При амплитуде I­­­­­­­­­­­­­­_max гармонических колебаний силы тока действующее напряжение равно . Действующее значение напряжения также в раз меньше его амплитудного значения Средняя мощность тока при совпадении фаз колебаний определяется через действующее напряжение и силу тока .

Преобразование переменного тока, при котором напряжение увеличивается или уменьшается в несколько раз практически без потери мощности, осуществляется с помощью трансформаторов. Трансформатор состоит из замкнутого стального сердечника, собранного из пластин, на который надеты две (иногда более) катушки с проволочными обмотками. Одна из обмноток называется первичной, подключается к источнику переменного напряжения. Вторая обмотка, к которой присоединяют «нагрузку», т.е приборы и устройства, потребляющие электроэнергию, называется вторичной. Действие трансформатора основано на явлении электромагнитной инддукции. При прохождении переменного тока по первичной обмотке в сердечнике появляется переменный магнитный поток, который возбуждает ЭДС индукции в каждой обмотке. Сердечник из трансформаторной стали концентрирует магнитное поле, так что магнитный поток существует практически только внутри сердечника и одинаков во всех его сечениях. В первичной обмотке, меющей ЭДС индукции e1 равноа N1e. Во вторричной обмоткеполная ЭДС e2=n2e (N2-число витков вторичной обмотки). Отсюда следует, что e1/e2=n1/n2 Обычно активное сопротивление трансформаторных обмоток мало и им можно пренебречь. U1/u2=e1/e2=n1/n2=k k=коэффициент трансформации. При K>1 трансформатор понижающий, при K

1. Силы трения: природа сил трения;
2. коэффициент трения скольжения;
3. закон сухого трения; трение покоя;
4. учёт и использование трения в быту и технике.

При равномерном движении одного тела по поверхности другого под воздействием внешней силы на тело действует сила, равная по модулю движущей силе и противоположная по направлению. Эта сила называется силой трения скольжения. Вектор силы трения скольжения направлен против вектора скорости, поэтому эта сила всегда приводит к уменьшению относительной скорости тела. Силы трения также, как и сила упругости, имеют электромагнитную природу, и возникают за счет взаимодействия между электрическими зарядами атомов соприкасающихся тел. Экспериментально установлено, что максимальное значение модуля силы трения покоя пропорционально силе давления. Также примерно равны максимальное значение силы трения покоя и сила трения скольжения, как примерно равны и коэффициенты пропорциональности между силами трения и давлением тела на поверхность. Для уменьшения сил трения в технике применяются колёса, шариковые и роликовые подшипники.

1. Трансформатор: принцип трансформации переменного тока;
2. устройство трансформатора;
3. холостой ход;
4. режим нагрузки;
5. передача электрической энергии.

Переменный ток в электрических цепях является результатом возбуждения в них вынужденных электромагнитных колебаний. Пусть плоский виток имеет площадь S и вектор индукции B составляет с перпендикуляром к плоскости витка угол . Магнитный поток Ф через площадь витка в данном случае определяется выражением . При вращении витка с частотой  угол  меняется по закону ., тогда выражение для потока примет вид . Изменения магнитного потока создают ЭДС индукции, равную минус скорости изменения потока . Следовательно, изменение ЭДС индукции будет проходить по гармоническому закону . Напряжение, снимаемое с выхода генератора, пропорционально количеству витков обмотки. При изменении напряжения по гармоническому закону напряженность поля в проводнике изменяется по такому же закону. Под действием поля возникает то, частота и фаза которого совпадают с частотой и фазой колебаний напряжения . Колебания силы тока в цепи являются вынужденными, возникающими под воздействием приложенного переменного напряжения. При совпадении фаз тока и напряжения мощность переменного тока равна или . Среднее значение квадрата косинуса за период равно 0.5, поэтому . Действующим значением силы тока называется сила постоянного тока, выделяющая в проводнике такое же количество теплоты, что и переменный ток. При амплитуде I­­­­­­­­­­­­­­_max гармонических колебаний силы тока действующее напряжение равно . Действующее значение напряжения также в раз меньше его амплитудного значения Средняя мощность тока при совпадении фаз колебаний определяется через действующее напряжение и силу тока .

Преобразование переменного тока, при котором напряжение увеличивается или уменьшается в несколько раз практически без потери мощности, осуществляется с помощью трансформаторов.

Трансформатор состоит из замкнутого стального сердечника, собранного из пластин, на который надеты две (иногда более) катушки с проволочными обмотками. Одна из обмоток называется первичной, подключается к источнику переменного напряжения. Вторая обмотка, к которой присоединяют «нагрузку», т.е приборы и устройства, потребляющие электроэнергию, называется вторичной. Действие трансформатора основано на явлении электромагнитной индукции. При прохождении переменного тока по первичной обмотке в сердечнике появляется переменный магнитный поток, который возбуждает ЭДС индукции в каждой обмотке. Сердечник из трансформаторной стали концентрирует магнитное поле, так что магнитный поток существует практически только внутри сердечника и одинаков во всех его сечениях. В первичной обмотке, имеющей ЭДС индукции e1 равно N1e. Во вторичной обмотке полная ЭДС e2 = n2e (N2-число витков вторичной обмотки). Отсюда следует, что e1/e2 = n1/n2 Обычно активное сопротивление трансформаторных обмоток мало и им можно пренебречь. U1/u2 = e1/e2 = n1/n2 = k k = коэффициент трансформации. При K>1 трансформатор понижающий, при K

Источник

9. Силы упругости: природа сил упругости; виды упругих деформаций; закон Гука.

Силы упругости- силы, возникающие при его упругой деформации и направленные против направления смещения частиц тела, вызываемой деформацией.

, где k- коэффициент жесткости, х-удлинение(деформация тела). Единица измерения- ньютоны/метр.

Закон Гука: сила упругости, возникающая при деформации тела, пропорциональна удлинению этого тела.

Сила упругости имеет электромагнитную природу и во многом определяется электростатическим взаимодействием.

37. Вынужденные электромагнитные колебания.

Вынужденными электромагнитными колебаниями называют периодические изменения силы тока и напряжения в электрической цепи, происходящие под действием переменной ЭДС от внешнего источника.

Переменный электрический ток — электрический ток, периодически изменяющий свое направление в цепи так, что среднее значение силы тока за период равно нулю.

Внешним источником ЭДС в электрических цепях являются генераторы переменного тока, работающие на электростанциях.

Устройство генератора

1. Статор – неподвижная часть генератора
2. Ротор – подвижная часть генератора
3. Индуктор – создает магнитное поле

Простейшая модель генератора – рамка, вращающаяся в однородном магнитном поле. Поток магнитной индукции пронизывает рамку.

Ф=B*S*cosφ

φ=ω*t; Ф=B*S*cosω*t

Определим ЭДС:

E=B*S*ω*sinω*t

ЭДС индукции изменяется по гармоническому закону

E_i=E₀*sinω*t

U=U₀* cos(ω*t+φ), где φ-сдвиг фаз

Сдвиг фаз определяется по амплитуде состояния колебательной системы в любой момент времени.

В промышленности и в быту используется ток с частотой 50Гц, это означает, что за 1с меняет направление 50 раз.

Характеристики переменного тока:

i, u, e – мгновенные значения переменного тока

I₀, U₀, E₀ – максимальные значения

I, U, E – действительные значения

Рассмотрим процессы, происходящие в цепи, подключенной к источнику переменного напряжения

1. Активное сопротивление:R_A – сопротивление элемента в электрической цепи, в котором электрическая энергия необратимо преобразуется во внутреннюю.

I_м—амплитуда, I_м=U_м/R_A

Колебания силы тока совпадают по фазе с колебаниями напряжения

За счет изменения магнитной индукции на катушке возникает индукционный ток, возникает самоиндукция, за счет этого и появляется дополнительное сопротивление

3. Емкостное R—R_c – возникает, когда есть конденсатор в цепи

Если в такую цепь подать постоянный ток, то цепь будет разомкнута, т.к. между пластинами диэлектрик. При переменном токе происходит перезарядка конденсатора, за счет этого и появляется дополнительное сопротивление

Фазы колебаний, силы тока, напряжения совпадают только при активном сопротивлении, при емкостном и индуктивном существует сдвиг фаз на π/2.

Фаза – величина, стоящая под знаком синуса или косинуса, она определяет по данной амплитуде состояние колебательной системы в любой момент времени.

Источник