Как определить силу упругости
- Сила упругости и ее проявления
- Сила упругости при растяжении/сжатии
- Сила упругости при сдвиге
- Сила упругости при изгибе
- Упругая и пластичная деформации
Сила упругости и ее проявления
Сила упругости возникает в результате деформации физического тела и всегда противодействует этой деформации, стремясь вернуть тело в его начальное положение. Эта сила возникает из-за электромагнитного взаимодействия между атомами тела. Деформация может иметь различные виды - сжатие/растяжение, сдвиг и изгиб. Воздействуя на тело, внешние силы вызывают перемещение разных его частей, что приводит к искажению и возникновению силы упругости, направленной в сторону возвращения тела в исходное состояние.
Сила упругости при растяжении/сжатии
При деформации растяжения/сжатия тело изменяет свое поперечное сечение под воздействием внешней силы, действующей вдоль оси предмета. Примерами таких тел могут быть стержни, пружины, столбы, колонны и другие тела с длинной формой. Сила упругости, возникающая при этой деформации, пропорциональна величине смещения частиц тела и обратно пропорциональна коэффициенту упругости: Fупр = -k•∆x. Этот закон называется законом Гука, но он применяется только при относительно небольших значениях смещения ∆x. Значение жесткости k зависит от материала, формы и размеров тела, и выражается в Н/м.
Сила упругости при сдвиге
При деформации сдвига объем тела не меняется, но его слои смещаются относительно друг друга. Сила упругости при сдвиге равна произведению коэффициента упругости при сдвиге, зависящего от поперечного сечения тела, и величины угла между осью и касательной, в направлении которой действует внешняя сила: Fупр = D•α.
Сила упругости при изгибе
Изгиб является более сложным видом деформации и возникает при воздействии силы на внутреннюю поверхность тела, при этом концы тела фиксируются на основаниях. Примером такой деформации может служить металлическая балка в строительной конструкции. Сила упругости в этом случае называется силой реакции опоры и по модулю равна силе тяжести, если нет дополнительной внешней силы: Fупр = -m•g.
Упругая и пластичная деформации
Деформация может быть упругой или пластичной. При упругой деформации тело быстро возвращается в свою исходную форму после прекращения действия внешней силы, тогда как при пластичной деформации это не происходит. Характер деформации зависит от величины воздействия, но в большей степени от материала, из которого сделано тело. Например, пластилин может принять любую форму, а резина вернется в свое первоначальное состояние при нормальной температуре.
