Объясните на основе теории строения вещества природу упругости кратко

Обновлено: 04.07.2024

На все тела, которые находятся на Земле, действует сила тяжести. Все они стремятся под ее действием упасть вниз. Но не похоже, чтобы все в мире лежало на земле.

На еду в вашей тарелке действует сила тяжести, но она же не проваливается сквозь тарелку. На учебник на вашей парте тоже действует сила тяжести. Но стол от этого не придавливается к полу.

Значит, существует некая сила, уравновешивающая силу тяжести. В данном уроке мы узнаем, что же это за сила.

Определение силы упругости

Начнем с рассмотрения простого опыта (рисунок 1).

Рисунок 1. Деформация горизонтально расположенной доски, на которую поместили груз.

На два бруска положим доску. На доску поставим гирю. Мы увидим, что доска прогнется. Что же здесь происходит со стороны физики?

На гирю действует сила тяжести, она начинает двигаться вниз и прогибает доску. Доска деформируется из-за взаимодействия с гирей. Значит, возникает еще одна сила, с которой доска в ответ действует на гирю.

Сила тяжести, действующая на гирю, направлена вертикально вниз, а другая сила направлена вертикально вверх. Поэтому она и уравновесила силу тяжести. Нашу искомую силу называют силой упругости.

Сила упругости — это сила, возникающая в теле в результате его деформации и стремящаяся вернуть тело в исходное положение.

Сила упругости — векторная величина:

В ситуации на рисунке 1, опора (доска) прогибается. Чем сильнее этот прогиб, тем больше сила упругости. Когда сила упругости и сила тяжести становятся равны, то опора и тело останавливаются. Так они приходят в равновесие.

Виды деформации

Рассмотрим следующий случай (рисунок 2). Подвесим тело на нити.

Рисунок 2. Тело, подвешенное на нити.

В таких конструкциях нить часто называют подвесом. Когда мы подвесили тело, нить начала растягиваться — в ней возникла сила упругости.

Чем больше нить растягивается, тем больше становится сила упругости. Как и в случае с опорой, как только сила упругости станет равной силе тяжести, растяжение прекратится.

Получается, что сила упругости возникает при деформации тел. Если исчезает деформация, то исчезает и сила упругости.

Иногда после таких взаимодействий тело, испытывающее деформацию, меняет свои форму и размеры — происходит неупругая (пластическая) деформация. А иногда возвращается в исходное состояние. Тогда деформация называется упругой (рисунок 3).

Рисунок 3. Упругая и пластическая деформации.

Упругая деформация — это деформация, при которой после прекращения воздействия деформирующей силы тело полностью восстановило свою форму и объем.

Пластическая деформация — это деформация, сохраняющаяся после прекращения действия деформирующей силы.

Упругая деформация бывает различных видов:

Растяжения (рисунок 2)
Сжатия (рисунок 4)

Сдвига (при такой деформации нагрузка прикладывается параллельно основанию тела, и одна часть тела сдвигается относительно другой (рисунок 5));

Изгиба (рисунок 1);
Кручения (рисунок 6).

Примеры деформации разных видов

1. Играем на гитаре — кратковременно растягиваем струны

2. Садимся в автомобиль — пружины подвески сжимаются

3. Сидим на тонкой доске — доска прогибается

4. Затягиваем шуруп — происходит кручение отвёртки (хоть мы и не видим деформацию отвёртки)

5. Двигаем расшатанный стул — происходит сдвиг сиденья относительно пола

Закон Гука

От чего же зависит сила упругости? Роберт Гук, современник Ньютона, ответил на этот вопрос (рисунок 8).

Рисунок 8. Английский физик и изобретатель Роберт Гук (1635-1703). Установил зависимость силы упругости от деформации тела.

Рассмотрим опыт, изображенный на рисунке 9.

Рисунок 9. Опыт на определение зависимости силы упругости от деформации тела.

У нас есть штатив, к которому мы прикрепим резиновый шнур. Измерим его длину и обозначим как $l_0$.

Далее подвесим к шнуру чашку с гирей. Шнур удлинится. Снова измерим его длину — теперь она имеет значение $l$.

Шнур изменил свою длину после наших действий. Это изменение (удлинение шнура) мы можем найти по формуле:

где $\Delta l$ — изменение длины. Знак $\Delta$ (греческая буква “дельта”) используется как символ для обозначения изменения между значениями какой-либо величина.

Если мы будем менять гири на чашке, то будет меняться длина шнура, т.е. его удлинение (деформация) $\Delta l$.

Этот опыт показывает, что

Изменение длины тела при растяжении или сжатии прямо пропорционально модулю силы упругости.

Так мы подошли к закону Гука:

$$F_ = k \Delta l$$

Где $ \Delta l$ — изменение длины тела, $k$ — коэффициент пропорциональности, который называется жесткостью. Жесткость тела зависит от материала, формы и размеров тела.

Железнобитонная плита размером 4 м * 0,5 м * 0,25 м погружена в воду наполовину. какова архимедова сила, действующая сила на нее? плотность воды 1000 кг/м3

Велосипед движется равномерно по окружности радиусом 100 м и делает 1 оборот за 2 мин. Путь и перемещение велосипедиста за 1 мин соответственно равны

1. Классификацию галактик Хаббла часто называют камертонной. Поясните причину такого названия. 2. Определите, какой промежуток времени требуется свету, чтобы пересечь Большое и Малое Магеллановы Облака в поперечнике

Сила упругости возникает в деформированном теле в результате изменения положения молекул (атомов) своего положения . Возникают большие силы притяжения , которые стремятся вернуть молекулы (атомы) на прежнее место . В результате этого сила упругости всегда направлена противоположно деформации .

Все кругом говорят о том, что ножи нельзя

мыть горячей водой, потому что они

затупятся, но никто не может объяснить

почему. Попробуем разобраться в чем же

дело. Давайте посмотрим на это с точки зрения

металлургии. Нож изготавливается из

высокоуглеродистой стали, которая имеет

очень большую твердость. Термообработка

такой стали происходит при очень высокой

температуре ( от 1000 градусов по Цельсию и выше ). Нож прошедший термообработку с

соблюдением техпроцесса и при правильном

использовании, в холодном состоянии будет

сохранять высокую прочность. Что бы лезвие

ножа сохранило свою остроту на долгий срок,

нож необходимо предохранять от контактов с твердыми материалами и резать продукты на

деревянном кружке. Что бы изменить остроту

ножа с помощью температуры, его

необходимо нагреть до температуры 1000

градусов, тогда лезвие станет более мягким и

податливым, и его можно легко затупить. Но где в бытовых условиях взять такую

температуру. Речь идет о мытье ножа в

горячей воде, температура которой не

превысит 40-50 градусов. Даже кипяток с

температурой сто градусов не способен

сделать сталь ножа мягкой. Значит дело тут не в размягчении метала и его

дальнейшем затуплении с помощью

температуры. Мы пришли к выводу, что

металлургия нам не помощник в решении

этой загадки. Остается физика и химия. В

поисках ответа на этот вопрос я узнал, что хирургические режущие инструменты, точнее

скальпель стерилизуют в сухих автоклавах.

То есть получается, что хирургические

инструменты изолируют от контакта с водой.

Но как вода может воздействовать на металл,

да к тому же такой прочный. А дело все в физико-химическом процессе.

Что приводит к коррозии металла; соли плюс

кислород. Соли содержащиеся в воде при

контакте с кислородом буквально растворяют

металл. В обескислороженной,

дистиллированной воде, популярные в быту сплавы металла не растворяются. Ну а если

вода с содержанием солей (а это

обыкновенная водопроводная вода)

растворяет металл, то чем горячее вода, тем

быстрее происходит растворение приводящее

к затуплению ножа. Температура повышает скорость реакции. Этот эффект называется

электрохимическая полировка. Может

использоваться как для заточки, так и для

затупления. Так как этот процесс

электрохимический, то реакция быстрее всего

протекает на острие ножа. А становится заметной эта реакция из-за того, что вода из

Объясните на основе теории строения вещества природу упругости .

Сила упругости возникает в деформированном теле в результате изменения положения молекул (атомов) своего положения .

Возникают большие силы притяжения , которые стремятся вернуть молекулы (атомы) на прежнее место .

В результате этого сила упругости всегда направлена противоположно деформации .

Объясните на основе молекулярной теории, чем отличается холодная вода от теплой?

Объясните на основе молекулярной теории, чем отличается холодная вода от теплой.

Объём эфира в неплотно закрытом флаконе уменьшается?

Объём эфира в неплотно закрытом флаконе уменьшается.

Объясните наблюдаемое явление на основе молекулярного строения вещества.

Объем зефира в неплотно закрытом флаконе уменьшается?

Объем зефира в неплотно закрытом флаконе уменьшается.

Объясните явление на основе молекулярного строения вещества.

Объясните наличие электрического сопротивления у проводников с точки зрения молекулярной теории строения вещества?

Объясните наличие электрического сопротивления у проводников с точки зрения молекулярной теории строения вещества.

На основе какой теории рассматривается строение в - ва?

Как объяснить существование вещества в различных агрегатных состояниях на основе положений молекулярно - кинетической теории?

Как объяснить существование вещества в различных агрегатных состояниях на основе положений молекулярно - кинетической теории.

Как объяснить на основе теории молекулярного строения увеличение давления при сжатии Газа?

1. Какие явления могут быть объяснены с помощью молекулярной теории строения вещества?

2. Какие положения составляют основы молекулярной теории строении вещества?

3. Как был установлен факт движения молекул?

Объясните на основе молекулярно - кинетической теории процесс теплопередачи?

Объясните на основе молекулярно - кинетической теории процесс теплопередачи.

Сформулируйте утверждения, лежащие в основе молекулярно - кинетической теории вещества?

Сформулируйте утверждения, лежащие в основе молекулярно - кинетической теории вещества.

Если вы возьмете резиновый шарик и шар из камня и начнете кидать в стену (скучный день выдался, мало ли) — заметите, что они отталкиваются совершенно по-разному. Про силу упругости, которая объясняет этот процесс — в этой статье.

О чем эта статья:

Сила: что это за величина

В повседневной жизни мы часто встречаем, как любое тело деформируется (меняет форму или размер), ускоряется или замедляется, падает. В общем, чего только с разными телами в реальной жизни не происходит. Причиной любого действия или взаимодействия является сила.

Сила — это физическая векторная величина, которая является мерой действия одного тела на другое.

Она измеряется в ньютонах — это единица измерения названа в честь Исаака Ньютона.

Сила — величина векторная. Это значит, что, помимо модуля, у нее есть направление. От того, куда направлена сила, зависит результат действия этой силы.

Вот стоите вы на лонгборде: можете оттолкнуться вправо, а можете влево — в зависимости от того, в какую сторону оттолкнетесь, результат будет разный. В данном случае результат выражается в направлении движения.

Деформация

Деформация — это изменение формы и размеров тела (или части тела) под действием внешних сил

Происходит деформация из-за различных факторов: при изменении температуры, влажности, фазовых превращениях и других воздействиях, вызывающих изменение положения частиц тела.

На появление того или иного вида деформации большое влияние оказывает характер приложенных к телу сил. Одни процессы деформации связаны с преимущественно перпендикулярно (нормально) приложенной силой, а другие — преимущественно с силой, приложенной по касательной.

По характеру приложенной к телу нагрузки виды деформации подразделяют следующим образом:

Деформация при кручении

Деформация при изгибе

Сила упругости: Закон Гука

Давайте займемся баскетболом. Начнем набивать мяч о пол, он будет чудесно отскакивать. Этот удар можно назвать упругим. Если при ударе деформации не будет совсем, то он будет называться абсолютно упругим.

Если вы перепутали мяч и взяли пластилиновый, он деформируется при ударе и не оттолкнется от пола. Такой удар будет называться абсолютно неупругим.

Деформацию тоже можно назвать упругой (при которой тело стремится вернуть свою форму и размер в изначальное состояние) и неупругой (когда тело не может вернуться в исходное состояние).

При деформации возникает сила упругости— это та сила, которая стремится вернуть тело в исходное состояние, в котором оно было до деформации.

Сила упругости, возникающая при упругой деформации растяжения или сжатия тела, пропорциональна абсолютному значению изменения длины тела. Выражение, описывающее эту закономерность, называется законом Гука.

Какой буквой обозначается сила упругости?

Закон Гука

—сила упругости [Н]

k — коэффициент жесткости [Н/м]

х — изменение длины (деформация) [м]

Изменение длины может обозначаться по-разному в различных источниках.

Варианты обозначений: x, ∆x, ∆l.

Это равноценные обозначения — можно использовать любое удобное.

Задачка

На сколько удлинится рыболовная леска жесткостью 0,3 кН/м при равномерном (без ускорения) поднятии вверх рыбы весом 300 г?

Решение:

Сначала определим силу тяжести. Не забываем массу представить в единицах СИ – килограммах.

m = 300 г = 0,3 кг

Если принять ускорение свободного падения равным 10 м/с*с, то модуль силы тяжести равен :

F = mg = 0,3*10 = 3 Н.

Вспомним закон Гука:

И выразим из него модуль удлинения лески:

Так как одна сила уравновешивает другую, мы можем их приравнять:

Подставим числа, жесткость лески при этом выражаем в ньютонах:

Ответ: удлинение лески равно 1 см.

Параллельное и последовательное соединение пружин

В Законе Гука есть такая величина, как коэффициент жесткости— это характеристика тела, которая показывает его способность сопротивляться деформации. Чем больше коэффициент жесткости, тем больше эта способность, а как следствие из Закона Гука — и сила упругости.

Чаще всего эта характеристика используется для описания жесткости пружины. Но если мы соединим несколько пружин, то их суммарная жесткость нужно будет рассчитать. Разберемся, каким же образом.

Последовательное соединение системы пружин

Последовательное соединение характерно наличием одной точки соединения пружин.

При последовательном соединении общая жесткость системы уменьшается. Формула для расчета коэффициента упругости будет иметь следующий вид:

Коэффициент жесткости при последовательном соединении пружин

k — общая жесткость системы [Н/м]

k1, k2, …, ki — отдельные жесткости каждого элемента [Н/м]

i — общее количество всех пружин, задействованных в системе [-]

Параллельное соединение системы пружин

Последовательное соединение характерно наличием двух точек соединения пружин.

В случае когда пружины соединены параллельно величина общего коэффициента жесткости системы будет увеличиваться. Формула для расчета будет выглядеть так:

Коэффициент жесткости при параллельном соединении пружин

k — общая жесткость системы [Н/м]

k₁, k₂, …, k_i — отдельные жесткости каждого элемента [Н/м]

i — общее количество всех пружин, задействованных в системе [-]

Задачка

Какова жесткость системы из двух пружин, жесткости которых k₁ = 100 Н/м, k₂ = 200 Н/м, соединенных: а) параллельно; б) последовательно?

Решение:

а) Рассмотрим параллельное соединение пружин.

При параллельном соединении пружин общая жесткость

k = k₁ + k₂ = 100 + 200 = 300 Н/м

б) Рассмотрим последовательное соединение пружин.

При последовательном соединении общая жесткость двух пружин

График зависимости силы упругости от жесткости

Закон Гука можно представить в виде графика. Это график зависимости силы упругости от изменения длины и по нему очень удобно можно рассчитать коэффициент жесткости. Давай рассмотрим на примере задач.

Задачка 1

Определите по графику коэффициент жесткости тела.

Решение:

Из Закона Гука выразим коэффициент жесткости тела:

Снимем значения с графика. Важно выбрать одну точку на графике и записать для нее значения обеих величин.

Например, возьмем вот эту точку.

В ней удлинение равно 2 см, а сила упругости 2 Н.

Переведем сантиметры в метры:

И подставим в формулу:

Ответ:жесткость пружины равна 100 Н/м

Онлайн-уроки физики в Skysmart не менее увлекательны, чем наши статьи!

Задачка 2

На рисунке представлены графики зависимости удлинения от модуля приложенной силы для стальной (1) и медной (2) проволок равной длины и диаметра. Сравнить жесткости проволок.

Решение:

Возьмем точки на графиках, у которых будет одинаковая сила, но разное удлинение.

Мы видим, что при одинаковой силе удлинение 2 проволоки (медной) больше, чем 1 (стальной). Если выразить из Закона Гука жесткость, то можно увидеть, что она обратно пропорциональна удлинению.

Читайте также: