5. Сила упругости

Внешнее механическое воздействие на тело вызывает смещение атомов из равновесных положений и приводит к изменению формы и размеров тела, то есть к его деформации. Основными видами деформаций являются: растяжение (сжатие), изгиб (как композиция растяжения и сжатия), сдвиг и кручение.

Для продольных деформаций (растяжения-сжатия):

(2.48)

где - сила упругости, - абсолютное удлинение (абсолютная деформация), - коэффициент упругости (жесткость). Знак "-" показывает, что направление силы упругости противоположно направлению деформации.

При продольной деформации, например, в случае упругого растяжения стержня длиной и площадью сечения S закон Гука можно записать в виде:

(2.49)

где - абсолютная деформация, - сила упругости (или равная ей по величине сила, вызывающая деформацию), - модуль Юнга.

Физическая величина, равная отношению модуля силы упругости к площади поперечного сечения тела, называется механическим напряжением: . Отношение абсолютного удлинения к начальной длине тела называется относительной деформацией: . При малых деформациях механическое напряжение прямо пропорционально относительной деформации (закон Гука):

(2.50)

Модуль Юнга - характеристика упругих свойств вещества при продольных деформациях. Модуль Юнга численно равен механическому напряжению, при котором длина тела увеличивается вдвое (то есть ). Большинство веществ не способны выдержать такое напряжение, происходит их разрушение. В связи с этим вводится понятие предела прочности максимального значения механического напряжения, при котором вещество не разрушается. Предел прочности - это также характеристика вещества, следовательно, и можно найти в справочниках. При расчетах используется понятие запаса прочности n как отношения предела прочности к реальному напряжению, допустимому в данных условиях:

(2.51)

6. Сила трения

По материалу соприкасающихся поверхностей различают сухое и вязкое (внутреннее) трение. Сухое трение делится на трение покоя и трение движения. В свою очередь, трение движения может быть трением скольжения или трением качения.

Сила, возникающая на границе соприкосновения тел при отсутствии относительного движения, называется силой трения покоя. Она равна по модулю внешней силе и направлена по касательной к поверхности соприкосновения в сторону, противоположную внешней силе. Эти две силы (внешняя и сила трения покоя) приложены к одному и тому же телу, следовательно, компенсируют друг друга.

(2.52)

Сила, препятствующая перемещению одного тела вдоль поверхности другого, называется силой трения скольжения. Сила трения скольжения всегда направлена в сторону, противоположную направлению вектора скорости. Максимальное значение силы трения покоя прямо пропорционально силе давления на опору, следовательно, силе реакции опоры:

(2.53)

где - коэффициент трения, который характеризует степень неровности (шероховатости) поверхности. Сила трения скольжения ( ) определяется формулой (2.53). В результате действия силы трения увеличивается износ деталей. Для уменьшения величины силы трения используют смазочные масла (то есть заменяют сухое трение вязким) и шлифовку поверхности (то есть уменьшает коэффициент трения).