Сила упругости. Закон Гука.

Нам уже известно, что на все тела, находящиеся на Земле действует сила тяжести. Если мы сядем на стул, то он немного прогнется, но при этом наше движение к Земле прекратится. Ровно натянутая веревка, когда по ней идет канатоходец, прогибается, но не дает ему при этом упасть. Какая же сила препятствует силе тяжести и останавливает движение, обусловленное земным притяжением?

Проведем опыт. Поставим на пластиковую линейку гирю, при этом гиря начнет перемещаться вниз под действием силы тяжести, тем самым изменяя форму линейки (деформируя ее). Деформация — изменение формы или размера тела под действием внешних сил.

Но движение линейки прекращается. Система приходит в равновесие. Следовательно, в линейке (опоре) возникла какая-то сила, препятствующая дальнейшему движению груза. Эта сила уравновесила действие силы тяжести. Причем эта сила направлена вертикально вверх, противоположно земному притяжению. Эту силу называют силой упругости. Сила, возникшая в деформированном теле, будет пытаться вернуть телу прежнюю форму. Она возникает в точке приложения деформирующей силы и направлена противоположно. Чем больше деформируется тело, тем большая сила упругости в нем возникает. Если деформирующая сила прекратит действовать, то тело под действием силы упругости вернет свою прежнюю форму.

Выделяют несколько видов деформаций: - растяжение, - сжатие, - сдвиг, - изгиб, - кручение. С этими видами деформации вы встречаетесь в повседневной жизни.

Силу упругости обозначают буквой F с индексом упр.

Проведем опыт. Подвесим на нити шар (такая система называется подвес). В нити (подвесе) возникают силы упругости, так как нить начинает растягиваться под действием силы тяжести.

Это явление заинтересовало английского ученого Роберта Гука. Проведя множества опытов, он экспериментально установил закон зависимости силы упругости от деформации.

Подвесим резиновый шнур на штативе. Его первоначальная длина (l0) « эль нулевое». К свободному концу шнура подвешиваем груз, соответственно, шнур начинает растягиваться и через некоторое время останавливается. При этом длина шнура увеличилась и стала l « эль». Удлинение шнура обозначается «дельта эль». Удлинение шнура - «дельта ель» - можно найти, если вычесть из «эль» «эль нулевое»:

Изменяя вес груза, мы увидим и изменение длины шнура, а значит и изменение его удлинения «дельта эль». Опытным путем установлено, что изменение длины тела при растяжении (или сжатии) прямо пропорционально модулю силы упругости, то есть:

, где: • Δl - удлинение тела •

– коэффициент пропорциональности, который называется жёсткостью. Определим, от чего будет зависеть жесткость тела: - первое, от размеров и формы тела. - второе, от свойств материала, из которого это тело изготовлено. Если после того, как прекращает действовать сила, вызывающая деформацию, тело восстанавливает свою форму, то такую деформацию называют упругой. Деформацию, при которой тело не возвращается в прежнюю форму после прекращения внешнего воздействия, называют пластической. ЗАПОМНИТЕ: Закон Гука применим только для упругой деформации!

Вспомним виды упругой деформации: растяжение, сжатие, сдвиг, изгиб, кручение. В жизни мы ежедневно встречаемся с данными явлениями. Определите, какому виду деформации соответствуют эти картинки: 1. Трос подъемного крана под действием груза растягивается, наблюдаем такой вид деформации, как растяжение. 2. Тяжелая плита на колонне сжимает ее, возникает такой вид деформации, как сжатие. 3. Стачивая деталь, мы сдвигаем ее части, тем самым вызывая такой вид деформации, как сдвиг. 4. Натянутый канат под весом человека прогибается, можем наблюдать такой вид деформации, как изгиб. 5. При завинчивании болта возникает такой вид деформации, как кручение.