Вопросы, знание которых обязательно для допуска к выполнению работы

1. Что называется деформацией тела? Какие деформации называют­ся упругими, какие неупругими?

2. Какие тела относятся к упругим, неупругим, пластическим?

3. Как формулируется закон Гука? Когда он справедлив? Каков физический смысл коэффициента упругости? Какова его размерность?

4. Что такое напряжение? В каких единицах оно измеряется?

5. Что называется модулем Юнга? От чего зависит модуль Юн­га? Каков физический смысл модуля Юнга?

6. Какая деформация называется однородной (неоднородной)?

7. Что называется абсолютной и относительной деформацией?

8. Как выражается энергия упруго-деформированного тела?

9. Что называется пределом пропорциональности, упругости, текучести, прочности? Дайте качественное объяснение диаграммы напряжений (рис. 2).

10. Расскажите порядок выполнения работы.

Введение

Деформация представляет собой вид движения, а именно: пе­ремещение частей тела относительно друг друга под действием внешней силы. При деформации тела изменяются его форма и объем.

Д

49

еформацию называют упругой в том случае, если она пол­ностью исчезает после прекращения действия деформирующих сил. Обычно упругие деформации возникают в теле, если деформирующая сила не очень велика и действует не слишком долго.

Упругие деформации тел разнообразны. Под действием внеш­ней силы тела могут растягиваться и сжиматься, изгибаться, скру­чиваться и т.д. Рассмотрим на примере деформации растяжения за­кон, которому подчиняются все виды упругих деформаций.

Н а рис. 1 изображен стержень длиной l, верхний конец ко­торого закреплен. Под действием силы F, направленной вертикально вниз, стержень растянется на ве­личи­ну Dl, называемую абсолютным удлинением. При неизменной растягивающей силе абсо­лютное удлинение пря­мо пропорционально его первоначальной длине. Поэтому мерой деформации растяже­ния служит относительное удлинение Dl/l, которое измеряется в процентах. Металлы, камни, стекло можно растянуть лишь на несколько процентов. Очень сильно растяги­вается резина, для которой Dl/l до­стигает значения 200 или даже 300%.

Э

Рис. 1

кспериментально был установлен следу­ющий закон: растяги­вающая сила F, а значит, и сила упругости при растяжении пропорциональна относительному удлинению Dl/l, площади по­перечного сечения S стержня и зависит от материала, из кото­рого стержень сделан:

F = ESDl/l, (1)

где Е - коэффициент пропорциональности, называемый модулем уп­ругости или модулем Юнга. Модуль Юнга характеризует материал, из которого сделано растягиваемое тело.

Величина s, численно равная силе, приходящейся на едини­цу площади сеченая тела, называется напряжением:

s = F/S = E Dl/l, (2)

т

50

.е. при деформации растяжения напряжение пропорционально относительному удлинению.

Н а рис. 2 приведен график зависимости s = f(Dl/l). Вна­чале с увеличением нагрузки относительная деформация возраста­ет прямо пропорционально напряжению (линейный участок графика 0-1). В этой области справедлив закон Гука. Наибольшее напряже­ние, соответствующее точке 1, до которого сохраняется про­пор­цио­­наль­ность между Dl/l и s, называется пределом пропорциональности.

Н

Рис. 2

ачиная с напряжения, ко­торому соответствует точка 1, упругие свойства тела сохраня­ются (участок 1-2), но пропор­циональность между Dl/l нарушается, закон Гука здесь не применим.

Точка 2 соответствует на­пряжению, до которого тело испытывает упругие деформации (предел упругости). Если при данном напряжении снять нагрузку, то тело будет проявлять упругие свойства, и кривая разгрузки совпадет с кривой нагрузки. При увеличении нагрузки выше предела упругости (участок кривой выше точки 2) тело теряет свойства упругости и ведет себя как пластичное. Область деформации, со­ответствующая этим напряжениям, называется областью пластичес­ких деформаций.

Е

51

сли напряжение достигает значения, соответствующего точке 3, материал начинает "течь" - длина его увеличивается без уве­личения нагрузки. Этому состоянию материала соответст­вует го­ризонтальный участок кривой. Так как приложенная сила F ос­тается постоянной, а площадь образца из-за удлинения стержня уменьшается, то s несколько увеличивается (участок 3-4). Точ­ке 4 соответствует предел прочности - это максимальное напря­жение, при котором еще не происходит разрушения тела. За этим пределом образец разрушается (точка 5).