Теоретичний матеріал Деформація

• Зміна форми чи об’єму тіла під дією яких – не будь причин.

Є деформації розтягу, стиску, вигину, крутіння. Кожну з цих деформацій можна

оцінювати:

абсолютною деформацією відносною деформацією

• Числова зміна будь – якого Число, яке показує, яку частину

розміру тіла під дією сил. від первісного розміру тіла l

позначається Δl. складає абсолютна деформація Δl.

(1)

Сили, які виникають усередині деформованого тіла називаються внутрішніми силами (або силами пружності). Вони викликають деформацію кожного елемента тіла і намагаються повернути його в початкове положення.

Механічна напруга

• Величина, яка характеризує дію внутрішніх сил у деформованому тілі. Вона вимірюється внутрішньою силою, що діє на одиницю площі перетину деформованого тіла:

(2),

Таким чином, пружність – властивість деформованого тіла приймати свою первісну форму і свій об’єм після припинення дії зовнішніх сил.

Пружна деформація

• Деформація тіла, яка зникає після припинення зовнішнього навантаження.

Пластичність

• Залишкова деформація тіла, що зберігається після припинення зовнішнього навантаження на тіло.

Зв’язок між пружними деформаціями і внутрішніми силами в матеріалі вперше було встановлено англійським фізиком Р. Гуком:

М еханічна напруга в пружно деформованому тілі прямо пропорційна відносній деформації цього тіла

(3),

Е – модуль Юнга (модуль пружності), який характеризує залежність σ в матеріалі від його роду і від зовнішніх умов:

На практиці часто доводиться знаходити залежність абсолютного видовження Δl тіла від прикладеної до нього сили F, якщо відомі початкова довжина тіла l, площа поперечного перерізу S і матеріал, тобто модуль Юнга E.

Оскільки , а , то закон Гука можна записати:

або (4)

Однією з найважливіших механічних характеристик матеріалів є їх міцність.

Міцність

• Здатність матеріалу опиратися руйнуванню і залишковій деформації, які виникають внаслідок зовнішніх впливів.

Число, яке показує, у скільки разів межа міцності перевищує допустиму напругу, називають запасом міцності (або коефіцієнтом безпеки). Запас міцності вибирають залежно від роду споруди і характеру навантажень, яких вона зазнає, і звичайно від 2 до 10.

(5) - запас міцності

Як відомо, речовина існує в твердому кристалічному стані при певних значеннях тиску і температури. Із збільшенням температури тверді тіла плавляться, тобто речовина переходить з твердого стану в рідкий.

Під час плавлення кристалічне тіло перебуває одночасно в твердому і рідкому стані.

Температура плавлення залежить від роду кристалічного тіла. Для більшості кристалічних тіл температура плавлення підвищується із збільшенням атмосферного тиску. В процесі плавлення внутрішня енергія тіла зберігається.

Перехід речовини з рідкого стану в твердий називається кристалізацією. Всі речовини при нагріванні розширюються, а при охолодженні стискуються.

Лінійне розширення (стиск)

• Зміна одного визначеного розміру твердого тіла при змінах температури.

1). Нехай є стержень з довжиною l₀ при t₁= 0⁰C, а при температурі t його довжина дорівнює l. Тоді зміна довжини стержня при його нагріванні на :

(1)

- коефіцієнт лінійного розширення, який характеризує залежність лінійного розширення при нагріванні від роду речовини і зовнішніх умов. Він показує, на яку частину довжини тіла, узятого при 0⁰С, змінюється його довжина при нагріванні на 1⁰С:

(2),

Довжина тіла при різних температурах:

(3)

2). Нехай при і при температурі t об’єми будь – якого тіла рівні V₀ i V. Тоді зміна його об’єму при підвищенні температури на Δt:

(4)

- коефіцієнт об’ємного розширенні тіла, який характеризує залежність об’ємного розширенні тіла при нагріванні від роду речовини і зовнішніх умов. Він показує, на яку частину об’єму тіла, узятого при 0⁰С, він змінюється при нагріванні тіла на 1⁰С:

(5),

Якщо відомий об’єм V₁ при t₁ , то його об’єм V₂, при t₂:

Слід зазначити, що рідини розширюються в кілька десятків і навіть разів більше, ніж тверді тіла. Але серед рідин є чудове виключення – вода. Вона при нагріванні від 0⁰С до 4⁰С стискується, а при охолодженні від 4⁰С до 0⁰С розширюється. Крім того, для води сильно змінюється при підвищенні температури (в інтервалах від 5 –10⁰С і 60 – 80⁰С відрізняється у більшу сторону на порядок).