Закон Гука. Модуль Юнга. Механічні властивості твердих тіл.



Скачати 69.66 Kb.
Дата конвертації31.12.2016
Розмір69.66 Kb.
Урок 55

Лекція. Деформація тіл. Сила пружності. Механічна напруга. Закон Гука. Модуль Юнга. Механічні властивості твердих тіл. (Види деформації).

Мета. Ввести поняття «деформації» «сили пружності», «механічної напруги», «модуль Юнга», показати на практиці застосування знань про пружністьі, навчити експериментально розраховувати коефіцієнт пружності (жорсткість), навчити описувати пружні деформації, використовуючи закон Гука, з’ясувати природу сили пружності; розвивати вміння спостерігати фізичні явища; виховувати інтерес до предмета.

Тип уроку. Урок вивчення нового матеріалу (лекція).

Хід уроку

І. Актуалізація опорних знань.

Фронтальне опитування:

  1. Що характеризує сила?

  2. Які сили ви знаєте?

  3. До чого приводить сила?

  4. Які сили ви знаєте?

  5. Як позначається і в чому вимірюється сила?

  6. Як називається прилад для вимірювання сили?

  7. Від чого залежить значення сили?

  8. Яка сила втримує тіла на поверхні землі?


ІІ. Вивчення нового матеріалу.

План

  1. Деформація. Пружна та пластична деформації.

  2. Види деформацій.

  3. Сила пружності. Закон Гука.

  4. Вимірювання сили пружності.

  5. Механічні властивості матеріалів. Механічна напруга.

  6. Діаграма розтягу твердих тіл.

  7. Закон Гука для твердих тіл. Модуль Юнга.

  8. Межі застосування законуГука.

  9. Сила реакції опори.

  10. Сила натягу нитки.

Відомо, що тверді тіла зберігають свою форму та об'єм. Однак при взаємодії з іншими тілами вони можуть деформуватися, тобто змінювати свою форму та об'єм.



  • Запис у зошит: Деформація (лат. deformatioвикривлення) — зміна форми або об'єму тіла.

Деформації при взаємодії тіл — звичайна справа. Просто ми не завжди помічаємо їх. Наприклад, ми помітимо, як прогнеться під нашими ногами дощечка, перекинута через струмок, але так само деформується під нашим тілом і підлога, на якій ми стоїмо, і стілець, на якому ми сидимо. Та й самі ми деформовані в цей момент — наш хребет стиснутий.

Спробуємо натиснути на витиральну гумку, що лежить на сто­лі. Під впливом наших пальців верхні шари гумки почнуть рухати­ся вниз, а нижні залишаються нерухомими — вони перебувають на твердій поверхні. Але, натискаючи на гумку, ми відчуваємо й «відповідну» силу, що діє з боку гумки на наш палець (у природі — тільки взаємодія!). І чим сильніша наша дія, тим більша «відповідна» сила.

Називається ця сила силою пружності. Вона прагне повернути деформоване тіло в первісний стан. Припинимо дію на гумку – вона повернеться у первісне положення, відновивши свою форму. Така деформація називається пружною.

Демонстрація. Пружна деформація пружини (стискання, розтягування).

Питання класу


  1. Яка сила повертає пружину в первісний стан?

  2. Як вона напрямлена у кожному випадку?

  3. Чи можна деформацію пружини вважати пружною? Чому?

  • Запис у зошит. Деформація, яка зникає після припинення дії вимушуючої сили, називається пружною .Однак, якщо такий дослід провести зі шматочком пластиліну, то після деформації це тіло так і залишиться деформованим. Такі тіла називають пластичними. А саму деформацію — пластичною.

  • Запис у зошит. Деформація, яка не зникає після припинення дії вимушуючої сили, називається непружною .

При деформації таких тіл сила пружності діє, тільки поки йде процес змінювання форми тіла.

  • Запис у зошит. Сила пружності виникає при деформаціях і напрямлена у протилежний бік від деформуючої сили.

У техніці використовують як пружні деформації (металеві пружини встановлюють у м'яких меблях, у різних амортизаторах тощо), так і пластичні (штампування, ліплення, клепання тощо).

Види деформацій

  1. Розтяг (стиск).

  2. Згин.

  3. Кручення.

  4. Зріз.

  5. Зсув.

Силу, яка виникає що при деформації нитки виникла при деформації, називають силою пружності.

Сила пружності належить до класу електромагнітних сил. При деформаціях відбувається зміна відстаней між молекулами (атома­ми), а отже, змінюється сила взаємодії між ними, як наслідок — поява сили пружності. Приміром, коли ми наступаємо на цеглу, її висота зменшується на одну двадцятитисячну частину сантиметра і два сусідніх атоми стають ближчими на 2·10-14 см. Для атомів це значна відстань!

Сили пружності враховують і використовують в різних технічних пристроях і машинах. Автомобілі, залізничні вагони, мотоцикли та інші транспортні засоби мають ресори. їх застосування дає змогу зробити рух значно плавнішим, оскільки наїзд колеса на камінь або іншу перешкоду приводить лише до деформації ресори і відчутно не змінює положення самого транспортного засобу.

У країнах, де часто бувають великі землетруси, будинки ставлять на спеціальні пружини, які під час поштовху деформуються, а споруда залишається майже нерухомою.

Пружні деформації тривалий час вивчав англійський учений Роберт Гук (1635—1703). У своєму трактаті «Про відновлювальну силу» він сформулював свій закон так: «Яке подовження — така й сила». Наприклад, якщо при навантаженні 1 кН струна розтягнеться на 1 см, то при навантаженні 2 кН подовження складе вже 2 см.

Експериментальна задача.

До пружини послідовно підвішують тягарці масами 100 г, 200 г, вимірюють подовження, визначають силу пружності, й на дошці учень будує графік залежності .



Питання класу

  1. Як напрямлена сила пружності при розтягуванні пружини?

  2. Куди прикладена ця сила?

  3. Чи змінюється сила пружності зі зміною подовження пружини? Як?

  4. Як у математиці називається залежність, зображена на гра­фіку?

  5. Якщо взяти іншу пружину (з іншого металу, іншої довжини тощо), на що це вплине? Що зміниться? Що залишиться не­змінним?

Закон Гука: сила пружності при пружній деформації прямо пропорційна абсолютному подовженню тіла і протилежно до нього напрямлена.

, де k – жорсткість пружини, , . Залежить від геометричних розмірів тіла (S, l0) та виду речовини.

Закон Гука справедливий для таких деформацій, після яких тіло знову набуває попередніх розмірів і форми.


Вимірювання сил за допомогою сили пружності

Отже, за величиною деформації тіла можна судити про величину сили пружності. Тому силу пружності часто використовують для вимірювання сил. Прилад для вимірювання сили називають динамометром. При градуюванні (нанесенні шкали) пружинного динамометра використовується закон Гука.

За допомогою динамометра можна порівнювати сили за модулем, а також визначати напрямок дії сили.

Механічні властивості матеріалів. Механічна напруга.

Механічні властивості матеріалів – це здатність матеріалів протистояти деформуванню і руйнуванню, пружно і пластично деформуватися під дією зовнішніх механічних сил.

Механічна напруга — це відношення модуля сили пружності Fпр до площі поперечного перерізу S тіла.

Розглянемо діаграму розтягу твердих тіл.(мал..105, с,115)



Максимальна напруга, за якої ще виконується закон Гука, називається межею пропорційності σ.

Максимальна напруга, за якої ще не виникла помітна залишкова деформація, називається межею пружності σnруж.

Максимальна напруга, яку може витримати тіло, не руйнуючись, називається межею міцності. σм.м



Запас міцності – величина, яка дорівнює відношенню межі міцності до механічної напруги, що виникає під час деформації. .

Відносне подовження тіла ε — це величина, яка дорівнює відношенню абсолютного подовження Δl тіла до його початкової довжини l0:

Закон Гука для твердого тіла в цьому випадку має вигляд: механічна напруга σ при пружній деформації прямо пропорційна відносному подовженню тіла.
Модуль Юнга (модуль пружності) чисельно дорівнює механічній напрузі, яка виникає в тілі при подовженні тіла на величину початкової його довжини (l = 2l0).

Модуль Юнга характеризує опірність матеріалу пружної деформації розтягу або стиску.

Встановимо зв’ами, що входять до закону Гука, записаному у вигляді та

Прирівняємо



та . Отримуємо , або .

Враховуючи, що , .


Межі застосування законуГука.

Межі застосування закону Гука ілюструються графіком залежності σ від ε . Для всіх напруг, які перевищують межу пружності σпр, виникають деформації, що залишаються після припинення дії зовнішніх сил. Їх називають залишковими або пластичними деформаціями. При деформаціях, більших , пружні сили знову трохи зростають, а при деформації, що перевищує , наступає розрив зразка.

Матеріали, що мають значну область текучості CD, називають пластичними або в’язкими  (графік 1); матеріали, в яких ця область практично відсутня (графік 2), називають крихкими.

В реальних твердих тілах деформація досягає певного значення не одразу після початку дії сили, а лише через деякий час.

Так само після припинення дії зовнішньої сили деформація

зникає не миттєво: спочатку вона швидко зменшується до деякої

малої величини, а потім зникає досить повільно.

Це явище дістало назву пружної післядії.



Сила реакції опори

Сила реакції опори - сила пружності,

що діє на тіло з боку опори,



перпендикулярно її поверхні.


Сила натягу нитки.

Сила натягу нитки - сила пружності, що діє на тіло з боку нитки або пружини.

ІІІ. Закріплення вивченого матеріалу.

  • Коли виникає деформація тіла? Чому виникає сила пружності?

  • Що таке сила натягу? Що таке сила нормальної реакції?

  • Чому під час будівництв треба звертати увагу на межу ізапас міцності матеріалів?



Підсумок уроку

Домашнє завдання. Опрацювати §22, питання після параграфу.


База даних захищена авторським правом ©lecture.in.ua 2016
звернутися до адміністрації

    Головна сторінка