Закон гука сила упругости возникающая

Деформации. Силы упругости. Закон Гука

Деформация и ее виды

Пластическими деформациями называются деформации, полностью или частично сохраняющиеся после прекращения действии внешних сил.

Способность к упругим и пластическим деформациям зависит от природы вещества, из которого состоит тело, условий, в которых оно находится; способов его изготовления. Например, если взять разные сорта железа или стали, то у них можно обнаружить совершенно разные упругие и пластичные свойства. При обычных комнатных температурах железо является очень мягким, пластичным материалом; закаленная сталь, наоборот, — твердый, упругий материал. Пластичность многих материалов представляет собой условие для их обработки, для изготовления из них нужных деталей. Поэтому она считается одним из важнейших технических свойств твердого вещества.

При деформации твердого тела происходит смещение частиц (атомов, молекул или ионов) из первоначальных положений равновесия в новые положения. При этом изменяются силовые взаимодействия между отдельными частицами тела. В результате в деформированном теле возникают внутренние силы, препятствующие его деформации.

Различают деформации растяжения (сжатия), сдвига, изгиба, кручения.

Силы упругости

Силы упругости имеют электромагнитную природу. Они препятствуют деформациям и направлены перпендикулярно поверхности соприкосновения взаимодействующих тел, а если взаимодействуют такие тела, как пружины, нити, то силы упругости направлены вдоль их оси.

Силу упругости, действующую на тело со стороны опоры, часто называют силой реакции опоры.

где и длина тела в деформированном и недеформированном состоянии соответственно.

Небольшие и кратковременные деформации с достаточной степенью точности могут рассматриваться как упругие. Для таких деформаций справедлив закон Гука:

    Сила упругости, возникающая при деформации тела прямо пропорциональна абсолютному удлинению тела и направлена в сторону, противоположную смещению частиц тела:

где проекция силы на ось жесткость тела, зависящая от размеров тела и материала, из которого оно изготовлено, единица жесткости в системе СИ Н/м.

Примеры решения задач

На груз, подвешенный на пружине, действуют сила тяжести и сила упругости .

Спроектировав это векторное равенство на координатную ось , получим:

По закону Гука сила упругости:

поэтому можно записать:

откуда длина деформированной пружины:

Переведем в систему СИ значение длины недеформированной пружины см м.

Ускорение свободного падения м/с .

Подставив в формулу численные значения физических величин, вычислим:

Си́ла упру́гости — сила, возникающая в теле в результате его деформации и стремящаяся вернуть тело в исходное состояние.

В случае упругих деформаций является потенциальной. Сила упругости имеет электромагнитную природу, являясь макроскопическим проявлением межмолекулярного взаимодействия. В простейшем случае растяжения/сжатия тела сила упругости направлена противоположно смещению частиц тела, перпендикулярно поверхности.

Вектор силы противоположен направлению деформации тела (смещению его молекул). Если исчезает деформация тела, то исчезает и сила упругости.

В Международной системе единиц (СИ) сила упругости так же, как и все другие силы, измеряется в ньютонах (русское обозначение: Н; международное: N).

Закон Гука

В простейшем случае одномерных малых упругих деформаций формула для силы упругости имеет вид:

,

где — жёсткость тела, — величина деформации .

Жесткость тела зависит от его формы и размеров, а также от материала, из которого оно изготовлено.

В словесной формулировке закон Гука звучит следующим образом:

Сила упругости, возникающая при деформации тела, прямо пропорциональна удлинению тела и направлена противоположно направлению перемещения частиц тела относительно других частиц при деформации.

Сила упругости. Закон Гука

Презентация к уроку

Загрузить презентацию (286,7 кБ)

Внимание! Предварительный просмотр слайдов используется исключительно в ознакомительных целях и может не давать представления о всех возможностях презентации. Если вас заинтересовала данная работа, пожалуйста, загрузите полную версию.

М-17

Тема: Сила упругости. Закон Гука.

Цель урока: Выяснить природу силы упругости, сформулировать закон Гука.

Задачи урока:

  • Образовательная: Познакомить с природой силы упругости, дать представление о видах деформации, сформулировать закон Гука.
  • Развивающая: Развивать аналитическое мышление и творческую самостоятельность учащихся, при работе в малых группах
  • Воспитывающая: Воспитывать культуру общения, коммуникативные качества (умения общаться при работе в малых группах).

Оборудование к уроку: прибор для демонстрации видов деформации; лабораторный динамометр; деревянный брусок; упругая пластина; шарик, подвешенный на нити. Компьютер, мультимедийный проектор, экран, презентация в POWER POINT.

План урока

Работа с модулем М-17 «Сила упругости. Закон Гука.»

Ход урока

Проверяет правильность и осознанность выполнения домашнего задания всеми учащимися, выявление пробелов и их коррекция.

Раздаёт карточки с тестами.

Выявляет качество и уровень овладения знаниями.

Заполняет лист контроля, оценивает свои знания.

I. Организационный момент

II. Актуализация знаний

1. Каков смысл термина «сила»?

а) это действие на тело окружающей среды

б) действие на тело другого тела, меняющее его скорость

в) изменяющее форму тела действие на него другого тела

г) это термин, заменяющий во всех случаях взаимодействия тел слова «действие другого тела»

2. Что называют деформацией тела?

а) прогиб тела при ударе по нему

б) изменение форму тела при его растяжении

в) уменьшение объёма тела при сжатии

г) любое изменение формы и размеров тела

3. Что такое всемирное тяготение?

а) притяжение планет к Солнцу

б) притяжение планет друг к другу

в) притяжение всех тел друг к другу

г) притяжение всех тел к Земле

4. Какую силу называют силой тяжести?

а) силу, которая деформирует тела

б) силу, которая изменяет скорость падающего на землю тела

в) силу, с которой Земля притягивает к себе тела

г) силу, с которой тела притягивают Землю

III. Изучение нового материала

План изложения нового материала

1. Причина покоя тел на опоре.

2. Определение силы упругости.

3. Виды деформации.

5. Упругая деформация.

6. Пластическая деформация

7. Границы применимости закона Гука.

1. Причина покоя тел на опоре. Определение силы упругости.

Сила тяжести, которая действует на тела, никогда не исчезает. Но это не всегда приводит к движению тел.

Брусок лежит на столе, снег лежит на крыше, шарик весит на нити — подтверждает наше утверждение. Возникает вопрос, почему это происходит?

Должна быть другая сила, которая равна по величине силе тяжести, но направлена противоположно ей. Эту силу называют силой упругости.

Сила упругости возникает при деформации тел.

Деформация — изменение формы или размеров тела под действием внешних сил.

Причина возникновения силы упругости объясняется изменением межмолекулярных сил в результате деформации тела и изменения расстояния между молекулами:

Растянули пружину — расстояние между молекулами увеличилось, силы притяжения между молекулами тоже увеличились, и пружина стремится сжаться;

Сжали пружину — расстояние между молекулами уменьшилось, увеличились силы взаимного отталкивания между молекулами, и пружина стремится вернуть прежнюю форму.

2. Демонстрация опытов по деформации тел

На примере действия прибора для демонстрации деформации показываю виды деформации. Это — деформации изгиба, сдвига, кручения, сжатия и растяжения. Рассматривая взаимодействие бруска и поверхности стола или шарика подвешенного на прочной нити, мы не можем визуально увидеть деформацию опоры или нити. В этих случаях силу упругости называют силой реакции опоры.

3.Закон Гука.

Если к пружине динамометра подвешивать разные грузы, то можно заметить, что растяжение становится тем больше, чем больше масса, а значит и сила тяжести грузов.

Английский учёный Р. Гук в 1660г. установил закон, названный его именем.

Сила упругости, возникающая при деформации растяжения, или сжатии, пропорциональна удлинению.

4. Упругая и пластическая деформация Границы применимости закона Гука.

Деформация, при которой тело восстанавливает свою форму после снятия нагрузки, называется упругой.

Изменив форму шарика из пластилина внешней силой, мы наблюдаем, как шарик принимает новую форму, которая остаётся после прекращения действия силы. Такая деформация называется пластической.

Закон Гука выполняется лишь для упругих деформаций.

IV. Закрепление материала.

Работа с модулем М-17. Сила упругости. Закон Гука.

1. Модуль М17. обобщённый (1-й, 2-й уровень сложности)

2. Модуль М17. (3-й уровень сложности)

Подведение итогов урока

УЭ9. Выходной контроль.

ЧДЦ. Проверить усвоение учебных элементов

ИТ, ИЭ, ИД, ДТ, ДЭ, ДД

1. Когда возникает сила упругости?

а) когда тело движется

б) когда оно останавливается

в) когда тело деформируется

г) когда оно распрямляется

2.Какое тело испытывает деформацию растяжения?

а) хлопья под прессом

б) подвес люстры

в) скамейка с человеком

г) стол с ведром

3. Если тело (опора) деформируются под действием груза, то когда модуль силы упругости становится равным модулю силы тяжести, действующей на груз?

а) когда опора начинает прогибаться

б) когда, прогнувшись, опора перестаёт деформироваться

в) когда при снятии груза опора начинает выпрямляться

г) такого равенства не бывает

4. В каком случае сила упругости отсутствует (равна нулю)?

а) мяч с вмятиной

б) доска, перекинутая через ручей

в) пружина с грузом

г) нет такого случая

5. Какая из приведённых формул соответствует закону Гука?

6. От чего зависит сила упругости?

а) от модуля силы, деформирующей тело

б) от деформации

в) от жёсткости деформируемого тела

г) от всех этих величин

7. При каких деформациях справедлив (выполняется) закон Гука?

а) при сжатии и растяжении

б) при изгибе и кручении

в) при всех видах деформации

г) при всех деформациях, если они — упругие деформации

УЭ10. Подведение итогов.

Ч.Д.Ц. заполнить лист контроля; оценить свои знания.

Заполните лист контроля. Подсчитайте баллы за выполнение заданий. Поставьте себе итоговую оценку:

1-й уровень:

    10-21 баллов — «Зачёт»

На все тела, находящиеся вблизи Земли, действует ее притяжение. Под действием силы тяжести падают на Землю капли дождя, снежинки, оторвавшиеся от веток листья.

Но когда тот же снег лежит на крыше, его по-прежнему притягивает Земля, однако он не проваливается сквозь крышу, а остается в покое. Что препятствует его падению? Крыша. Она действует на снег с силои, равной силе тяжести, но направленной в противоположную сторону. Что это за сила?

На рисунке 34, а изображена доска, лежащая на двух подставках. Если на ее середину поместить гирю, то под действием силы тяжести гиря начнет двигаться, но через некоторое время, прогнув доску, остановится (рис. 34, б ). При этом сила тяжести окажется уравновешенной силой, действующей на гирю со стороны изогнутой доски и направленной вертикально вверх. Эта сила называется силой упругости. Сила упругости возникает при деформации. Деформация — это изменение формы или размеров тела. Одним из видов деформации является изгиб. Чем больше прогибается опора, тем больше сила упругости, действующая со стороны этой опоры на тело. Перед тем как тело (гирю) положили на доску, эта сила отсутствовала. По мере движения гири, которая все сильнее и сильнее прогибала свою опору, возрастала и сила упругости. В момент остановки гири сила упругости достигла силы тяжести и их равнодействующая стала равной нулю.

Если на опору поместить достаточно легкий предмет, то ее деформация может оказаться столь незначительной, что никакого изменения формы опоры мы не заметим. Но деформация все равно будет! А вместе с ней будет действовать и сила упругости, препятствующая падению тела, находящегося на данной опоре. В подобных случаях (когда деформация тела незаметна и изменением размеров опоры можно пренебречь) силу упругости называют силой реакции опоры.

Если вместо опоры использовать какой-либо подвес (нить, веревку, проволоку, стержень и т. д.), то прикрепленный к нему предмет также может удерживаться в покое. Сила тяжести и здесь будет уравновешена противоположно направленной силой упругости. Сила упругости при этом возникает из-за того, что подвес под действием прикрепленного к нему груза растягивается. Растяжение еще один вид деформации.

Сила упругости возникает и при сжатии. Именно она заставляет распрямляться сжатую пружину и толкать прикрепленное к ней тело (см. рис. 27, б ).

Большой вклад в изучение силы упругости внес английский ученый Р. Гук. В 1660 г., когда ему было 25 лет, он установил закон, названный впоследствии его именем. Закон Гука гласит:

Сила упругости, возникающая при растяжении или сжатии тела, пропорциональна его удлинению.

Если удлинение тела, т. е. изменение его длины, обозначить через х , а силу упругости — через Fупр , то закону Гука можно придать следующую математическую форму:

где k — коэффициент пропорциональности, называемый жесткостью тела. У каждого тела своя жесткость. Чем больше жесткость тела (пружины, проволоки, стержня и т. д.), тем меньше оно изменяет свою длину под действием данной силы.

Единицей жесткости в СИ является ньютон на метр (1 Н/м).

Проделав ряд экспериментов, подтвердивших данный закон, Гук отказался от его публикации. Поэтому в течение долгого времени никто не знал о его открытии. Даже спустя 16 лет, все еще не доверяя своим коллегам, Гук в одной из своих книг привел лишь зашифрованную формулировку (анаграмму) своего закона. Она имела вид

Выждав два года, чтобы конкуренты могли сделать заявки о своих открытиях, он наконец расшифровал свой закон. Анаграмма расшифровывалась так:

ut tensio, sic vis

(что в переводе с латинского означает: каково растяжение, такова и сила). «Сила любой пружины,— писал Гук,— пропорциональна ее растяжению».

Гук изучал упругие деформации. Так называют деформации, которые исчезают после прекращения внешнего воздействия. Если, например, пружину несколько растянуть, а затем отпустить, то она снова примет свою первоначальную форму. Но ту же пружину можно растянуть на столько, что, после того как ее отпустят, она так и останется растянутой. Деформации, которые не исчезают после прекращения внешнего воздействия, называют пластическими.

Пластические деформации применяют при лепке из пластилина и глины, при обработке металлов — ковке, штамповке и т. д.

Для пластических деформаций закон Гука не выполняется.

В древние времена упругие свойства некоторых материалов (в частности, такого дерева, как тис) позволили нашим предкам изобрести лук — ручное оружие, предназначенное для метания стрел с помощью силы упругости натянутой тетивы.

Появившись примерно 12 тысяч лет назад, лук просуществовал на протяжении многих веков как основное оружие почти всех племен и народов мира. До изобретения огнестрельного оружия лук являлся самым эффективным боевым средством. Английские лучники могли пускать до 14 стрел в минуту, что при массовом использовании луков в бою создавало целую тучу стрел. Например, число стрел, выпущенных в битве при Азенкуре (во время Столетней войны), составило примерно 6 миллионов!

Широкое распространение этого грозного оружия в средние века вызвало обоснованный протест со стороны определенных кругов общества. В 1139 г. собравшийся в Риме Латеранский (церковный) собор запретил применение этого оружия против христиан. Однако борьба за «лучное разоружение» не имела успеха, и лук как боевое оружие продолжал использоваться людьми еще на протяжении пятисот лет.

Совершенствование конструкции лука и создание самострелов (арбалетов) привело к тому, что выпущенные из них стрелы стали пробивать любые доспехи. Но военная наука не стояла на месте. И в XVII в. лук был вытеснен огнестрельным оружием.

В наше время стрельба из лука является лишь одним из видов спорта.

1. В каких случаях возникает сила упругости? 2. Что называют деформацией? Приведите примеры деформаций. 3. Сформулируйте закон Гука. 4. Что такое жесткость? 5. Чем отличаются упругие деформации от пластических?

Закон гука сила упругости возникающая

1.12. Сила упругости. Закон Гука

При деформации тела возникает сила, которая стремится восстановить прежние размеры и форму тела. Эта сила возникает вследствие электромагнитного взаимодействия между атомами и молекулами вещества. Ее называют силой упругости .

Простейшим видом деформации являются деформации растяжения и сжатия (рис. 1.12.1).

Закон Гука может быть обобщен и на случай более сложных деформаций. Например, при деформации изгиба упругая сила пропорциональна прогибу стержня, концы которого лежат на двух опорах (рис. 1.12.2).

Упругую силу действующую на тело со стороны опоры (или подвеса), называют силой реакции опоры . При соприкосновении тел сила реакции опоры направлена перпендикулярно поверхности соприкосновения. Поэтому ее часто называют силой нормального давления . Если тело лежит на горизонтальном неподвижном столе, сила реакции опоры направлена вертикально вверх и уравновешивает силу тяжести: Сила с которой тело действует на стол, называется весом тела.

В технике часто применяются спиралеобразные пружины (рис. 1.12.3). При растяжении или сжатии пружин возникают упругие силы, которые также подчиняются закону Гука. Коэффициент k называют жесткостью пружины . В пределах применимости закона Гука пружины способны сильно изменять свою длину. Поэтому их часто используют для измерения сил. Пружину, растяжение которой проградуировано в единицах силы, называют динамометром . Следует иметь в виду, что при растяжении или сжатии пружины в ее витках возникают сложные деформации кручения и изгиба.

В отличие от пружин и некоторых эластичных материалов (резина) деформация растяжения или сжатия упругих стержней (или проволок) подчиняются линейному закону Гука в очень узких пределах. Для металлов относительная деформация ε = x / l не должна превышать 1 % . При больших деформациях возникают необратимые явления (текучесть) и разрушение материала.

В настоящее время на этой странице нет текста. Вы можете найти упоминание данного названия в других статьях, или найти соответствующие записи журналов.

© Автор системы образования 7W и Гипермаркета Знаний — Владимир Спиваковский

При использовании материалов ресурса
ссылка на edufuture.biz обязательна (для интернет ресурсов — гиперссылка).
edufuture.biz 2008-2018© Все права защищены.
Сайт edufuture.biz является порталом, в котором не предусмотрены темы политики, наркомании, алкоголизма, курения и других «взрослых» тем.

Ждем Ваши замечания и предложения на email:
По вопросам рекламы и спонсорства пишите на email:

Закрыть меню