Силы упругости природа сил упругости виды упругих деформаций закон гука ответ

Билет 6 Упругие деформации. Закон Гука. (Сила упругости. Закон Гука.)

Деформация это процесс изменения формы и размеров тела. Деформация Е – это безразмерная величина, равная отношению размера изделия дельта эль к исходному размеру эль нулевое. Механическое напряжение – величина, характеризующая упругие силы на единицу площади, численно равная отношению силы упругости к площади поперечного сечения образца.

Силы упругости. Закон Гука.

Сила, возникающая в результате деформации тела и направленная в сторону, противоположную перемещениям частиц тела при этой деформации, называется силой упругости. Опыты со стержнем показали, что при малых по сравнению с размерами тела деформациях модуль силы упругости прямо пропорционален модулю вектора перемещения свободного конца стержня, что в проекции выглядит как . Эту связь установил Р.Гук, его закон формулируется так: сила упругости, возникающая при деформации тела, пропорциональна удлинению тела в сторону, противоположную направлению перемещения частиц тела при деформации. Коэффициент k называется жесткостью тела, и зависит от формы и материала тела. Выражается в ньютонах на метр. Силы упругости обусловлены электромагнитными взаимодействиями. Все вещества состоят из атомов и молекул. Атомы и молекулы в твердых телах совершают те­пловые колебания около положения равновесия. При уменьшении расстояний между атомами возникают силы отталкивания, а при увеличении расстояний ме­жду ними — силы притяжения. Это и обусловливает механическую прочность тел, т.е. способность проти­водействовать изменению формы и объема.

Изменение формы и объема тела называется де­формацией. При деформации возникает сила упру­гости, направленная в сторону, противоположную пе­ремещениям частиц.

Среди деформаций, возникающих в твердых те­лах, можно выделить пять основных видов:

—растяжение (испытывают тросы буксиров, подъемных кранов, канатных дорог, струны музыкальных инструментов и т. д.);

• сжатие (подвергаются колонны, стены, фундаменты зданий и т. д.);
• сдвиг (сопровождается процесс резания ножницами бумаги, картона, листового железа и т. д.);
• кручение (возникает при завинчивании гаек, при сверлении металлов и т. д.);
• изгиб (испытывают рельсы, мосты, гимнасти­ческие брусья и т. д.).

Английским физиком Р.Гуком была установле­на зависимость величины относительного удлине­ния тела от механического напряжения.

Пусть дано жестко закрепленное тело длиной 1₀, на которое действует сила растяжения F. Под дей­ствием нагрузки длина тела меняется до значения I. Величину /= / — 1₀ назовем абсолютным удлине­нием,

— относительным удлинением тела.

О тношение модуля силы уп­ругости F к площади попереч­ного сечения тела S называют механическим напряжением :

Опыт показывает: при малых деформациях механическое на­пряжение прямо пропорционально относитель­ному удлинению :

Коэффициент пропорциональности Е, входящий в закон Гука, называется модулем упругости или модулем Юнга. Для большинства материалов мо­дуль Юнга определен экспериментально.

Экспериментальное задание: «Определе­ние сопротивления участка электрической цепи с параллельным соединением провод­ников».

Оборудование: источник постоянного тока (лабораторный), два резистора (1, 2 или 4 Ом), реостат (6 Ом), ампер­метр и вольтметр (лабораторные), ключ, со­единительные провода.

П орядок выполнения задания.

на­пряжение U на рези­сторах.

R участка электрической цепи с параллельным

Источник

Силы упругости: природа сил упругости, виды упругих деформаций, закон Гука 10(1).

Изменение формы или объёма тела называют деформацией.

Пластическая–деформация,неисчезающая после прекращения действия сил; испытывают воск, пластилин, глина.

Упругая – деформация, исчезающая после прекращения действия сил; испытывает пружина. Виды упругой деформации: 1) деформация растяжения (сжатия) испытывают тросы, канаты, цепи в подъёмных устройствах, столбы, колонны, стены, фундаменты зданий; 2) деформация сдвига сводится к смещению слоёв тела друг относительно друга; испытывают балки в местах опор, заклёпки, болты. Сдвиг может привести к срезу- разрушению тела при работе ножниц, зубила, зубьев пилы;

3) деформация изгиба сводится к растяжениям и сжатиям различным в разных частях тела; испытывают рельсы, мосты, стебли растений, кости конечностей человека и животных;4) деформация кручения – это неоднородный сдвиг, возникает при завинчивании гаек, вращении валов машин, свёрл и т.д.

Любые деформации можно свести к деформации растяжения (сжатия), поэтому рассмотрим характеристики деформации растяжения: — начальная длина, — конечная длина

стержня, — абсолютное удлинение, = — ; _{эпсилон} — относительное удлинение = — величина равная отношению абсолютного удлинения к начальной длине стержня.F_упр. — сила упругости, возникает при деформации тела, направлена в сторону противоположную направлению перемещений частиц тела при деформации. По своей природе силы упругости являются электромагнитными силами. _сигма — напряжение, = — величина, равная отношению модуля силы упругости к площади поперечного сечения тела. Из опыта: 1. = Е — закон Гука: при малых деформациях напряжение прямо пропорционально относительному удлинению по модулю;

Е — модуль упругости или модуль Юнга характеризует сопротивляемость материала упругой деформации растяжения, зависит от рода материала, определяется по таблице.

= Е отсюда F_упр= обозначим k = = const, k — жёсткость материала,

тогда 2. F_упр= k — закон Гука: при малых деформациях сила упругости прямо пропорциональна абсолютному удлинение по модулю.

Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:

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