Сила упругости какова 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

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

Сила упругости. Закон Гука

Любое тело, когда его деформируют и оказывают внешнее воздействие, сопротивляется и стремиться восстановить прежние форму и размеры. Это происходит по причине электромагнитного взаимодействия в теле на молекулярном уровне.

Деформация — изменение положения частиц тела друг относительно друга. Результат деформации — изменение межатомных расстояний и перегруппировка блоков атомов.

Существуют и другие формы записи закона Гука. Относительной деформацией тела называется отношение ε = x l . Напряжением в теле называется отношение σ = — F у п р S . Здесь S — площадь поперечного сечения деформированного тела. Вторая формулировка закона Гука: относительная деформация пропорциональна напряжению.

Здесь E — так называемый модуль Юнга, который не зависит от формы и размеров тела, а зависит только от свойств материала. Значение модуля Юнга для различных материалов широко варьируется. Например, для стали E ≈ 2 · 10 11 Н м 2 , а для резины E ≈ 2 · 10 6 Н м 2

Закон Гука можно обобщить для случая сложных деформаций. Рассмотрим деформацию изгиба стержня. При такой деформации изгиба сила упругости пропорциональна прогибу стержня.

Концы стержня лежат на двух опорах, которые действуют на тело с силой N → , называемой силой нормальной реакции опоры. Почему нормальной? Потому что эта сила направлена перпендикулярно (нормально) поверхности соприкосновения.

Если стержень лежит на столе, сила нормальной реакции опоры направлена вертикально вверх, противоположно силе тяжести, которую она уравновешивает.

Вес тела — это сила, с которой оно действует на опору.

Силу упругости часто рассматривают в контексте растяжения или сжатия пружины. Это распространенный пример, который часто встречается не только в теории, но и на практике. Пружины используются для измерения величины сил. Прибор, предназначенный для этого — динамаметр.

Динамометр — пружина, растяжение которой проградуированно в единицах силы. Характерное свойство пружин заключается в том, что закон Гука для них применим при достаточно большом изменении длины.

При сжатии и растяжении пружины действует закон Гука, возникают упругие силы, пропорциональные изменению длины пружины и ее жесткости (коэффициента k ).

В отличие от пружин стержни и проволоки подчиняются закону Гука в очень узких пределах. Так, при относительной дефомации больше 1% в материале возникают необратимые именения — текучесть и разрушения.

Источник