Elastik kuvvete ne sebep olur? Plastik deformasyon

Dış etkiler altında vücutlar deforme olabilir.

Deformasyon- vücut şekli ve boyutunda değişiklik. Deformasyonun nedeni, vücuda dış kuvvetler etki ettiğinde vücudun farklı bölgelerinin eşit olmayan hareketler yapmasıdır.

Kuvvetin sona ermesiyle tamamen ortadan kaybolan deformasyonlar - elastik bunlar kaybolmaz - plastik.

Elastik deformasyonlar sırasında vücudun parçacıkları arasındaki mesafe değişir. Deforme olmamış bir gövdede parçacıklar, diğer parçacıklardan etki eden itici ve çekici kuvvetlerin eşit olduğu belirli denge konumlarındadır (seçilen parçacıklar arasındaki mesafeler - bkz. Şekil 1, b). Parçacıklar arasındaki mesafe değiştiğinde bu kuvvetlerden biri diğerini aşmaya başlar. Sonuç olarak, parçacığı önceki denge konumuna döndürme eğiliminde olan bu kuvvetlerin bir sonucu ortaya çıkar. Deforme olmuş bir cismin tüm parçacıklarına etki eden kuvvetlerin bileşkesi, pratikte gözlenen elastik kuvvettir. Dolayısıyla elastik deformasyonun bir sonucu elastik kuvvetlerin ortaya çıkmasıdır.

Şu tarihte: plastik deformasyon gözlemlerin gösterdiği gibi, bir kristaldeki parçacıkların yer değiştirmesi elastik olandan tamamen farklı bir karaktere sahiptir. Kristalin plastik deformasyonu sırasında kristalin katmanları birbirine göre kayar (Şekil 1, a, b). Bu, mikroskop kullanılarak görülebilir: Kristalin bir çubuğun pürüzsüz yüzeyi, plastik deformasyondan sonra pürüzlü hale gelir. Kayma, en fazla atomu içeren katmanlar boyunca meydana gelir (Şekil 2).

Parçacıkların bu tür yer değiştirmeleriyle gövdenin deforme olduğu ortaya çıkar, ancak "geri dönen" kuvvetler yer değiştirmiş parçacıklara etki etmez, çünkü yeni konumundaki her atom yer değiştirmeden öncekiyle aynı komşulara ve aynı sayıya sahiptir.

İşleme sırasında yapıları, makineleri, takım tezgahlarını, belirli yapıları hesaplarken çeşitli malzemeler Belirli bir parçanın bir yükün etkisi altında nasıl deforme olacağını, deformasyonunun hangi koşullar altında bir bütün olarak makinelerin çalışmasını etkilemeyeceğini, parçaların hangi yükler altında arızalanacağını vb. bilmek önemlidir.

Deformasyonlar çok karmaşık olabilir. Ancak bunlar iki türe indirgenebilir: çekme (sıkıştırma) ve kesme.

Bir ucuna sabitlenmiş bir çubuğun ekseni boyunca bir kuvvet uygulandığında doğrusal deformasyon meydana gelir (Şekil 3, a, b). Doğrusal deformasyonlarda gövdenin katmanları birbirine paralel kalır ancak aralarındaki mesafeler değişir. Doğrusal deformasyon mutlak ve bağıl uzama ile karakterize edilir.

Mutlak uzama burada l deforme olmuş gövdenin uzunluğudur ve gövdenin deforme olmamış durumdaki uzunluğudur.

Uzama- mutlak uzamanın deforme olmamış gövdenin uzunluğuna oranı.

Uygulamada vinçlerin, teleferiklerin, çekme halatlarının ve halatların kablolarında gerilim yaşanmaktadır. müzik aletleri. Binaların sütunları, duvarları ve temelleri vb. basınca maruz kalır.

İki tarafa uygulanan kuvvetlerin etkisi altında meydana gelir Zıt yüzlerŞekil 4'te gösterildiği gibi gövde. Bu kuvvetler, gövde katmanlarının kuvvetlerin yönüne paralel olarak yer değiştirmesine neden olur. Katmanlar arasındaki mesafe değişmez. Herhangi küboid Vücutta zihinsel olarak vurgulanan, eğik hale gelir.

Kayma geriliminin ölçüsü kesme açısı- dikey kenarların eğim açısı (Şekil 5).

Kesme deformasyonu, örneğin metal yapıları birbirine bağlayan perçinler ve cıvatalar tarafından yaşanır. Vardiya saati geniş açılar vücudun tahrip olmasına, yani kesilmesine yol açar. Kesim makas, testere vb. kullanıldığında meydana gelir.

Bükülme deformasyonu Ortasında bir yükün asılı olduğu bir kiriş bir ucundan sabitlenmiş ya da her iki ucundan sabitlenmiştir (Şekil 6). Bükülme deformasyonu, sapma oku h - kirişin ortasının (veya ucunun) yer değiştirmesi ile karakterize edilir. Bükülme sırasında gövdelerin dışbükey kısımları gerilime maruz kalır ve içbükey kısımlar sıkıştırmaya maruz kalır; vücudun orta kısımları pratikte deforme olmaz - nötr katman. Bir orta katmanın varlığının, gövdenin bükülmeye karşı direnci üzerinde neredeyse hiçbir etkisi yoktur, bu nedenle bu tür parçaların içi boş yapılması avantajlıdır (malzemeden tasarruf sağlar ve ağırlıklarını önemli ölçüde azaltır). İÇİNDE modern teknolojiİçi boş kirişler ve tüpler yaygın olarak kullanılmaktadır. İnsan kemikleri de boru şeklindedir.

Burulma deformasyonu Bir ucu sabit olan bir çubuğa, çubuğun eksenine dik bir düzlemde uzanan bir çift kuvvet (Şekil 7) etki ettiğinde gözlemlenebilir. Burulma sırasında, gövdenin ayrı ayrı katmanları paralel kalır, ancak birbirlerine göre belirli bir açıyla dönerler. Burulma deformasyonu düzensiz kesmedir. Somunları sıkarken ve makine millerini çalıştırırken burulma deformasyonları meydana gelir.

İki destek üzerinde yatay olarak uzanan bir tahtanın ortasına bir yük koyarsanız, yerçekiminin etkisi altında yük bir süre aşağı doğru hareket edecek, tahtayı bükecek ve sonra duracaktır.

Bu durma, tahtaya aşağıya doğru yönlendirilen yerçekimi kuvvetine ek olarak yukarıya doğru yönlendirilen başka bir kuvvetin etki etmesiyle açıklanabilir. Aşağıya doğru hareket ederken tahta deforme olur ve desteğin üzerinde yatan gövdeye etki ettiği bir kuvvet ortaya çıkar, bu kuvvet yukarı doğru, yani yerçekimi kuvvetinin tersi yönde yönlendirilir. Bu kuvvete denir elastik kuvvet. Elastik kuvvet olduğunda eşit güç yerçekimi vücuda etki eder, destek ve vücut durur.

Elastik kuvvet, bir cisim deforme olduğunda (yani şekli veya boyutu değiştiğinde) ortaya çıkan ve daima deforme edici kuvvetin tersi yönde yönlendirilen bir kuvvettir.

Elastik kuvvetin nedeni

Sebep elastik kuvvetlerin oluşması vücut moleküllerinin etkileşimidir. Kısa mesafelerde moleküller birbirini iter, büyük mesafelerde ise çeker. Elbette moleküllerin boyutlarıyla karşılaştırılabilecek mesafelerden bahsediyoruz.

Deforme olmamış bir vücutta moleküller, çekme ve itme kuvvetlerinin dengelendiği uzaklıkta bulunur. Bir vücut deforme olduğunda (esneme veya sıkıştırma sırasında), moleküller arasındaki mesafeler değişir; çekici veya itici kuvvetler baskın olmaya başlar. Sonuç olarak ortaya çıkıyor Her zaman vücudun deformasyon miktarını azaltacak şekilde yönlendirilen elastik kuvvet.

Hooke yasası

Bir yayın üzerine bir ağırlık asarsak yayın deforme olduğunu, belli bir miktar uzadığını görürüz. X . Bir yayın üzerine iki özdeş ağırlığı asarsak uzama miktarının iki kat arttığını görürüz. Yayın uzaması elastik kuvvetle orantılıdır.

Bir cismin deformasyonu sırasında ortaya çıkan elastik kuvvet, modül olarak cismin uzamasıyla orantılıdır ve cismin deformasyon miktarını azaltma eğiliminde olacak şekilde yönlendirilir.

Hooke yasası yalnızca elastik deformasyonlar için geçerlidir, yani deforme edici kuvvetin etkisi sona erdiğinde ortadan kaybolan deformasyonlar!!!

Hooke yasası bir formül olarak yazılabilir:

burada k yay sertliğidir;
X- yayın uzaması (yayın son ve başlangıç ​​uzunluğu arasındaki farka eşit);
“-” işareti elastik kuvvetin her zaman doğru yönde olduğunu gösterir. karşı taraf deforme edici kuvvet.

Elastik kuvvetin "çeşitleri"

Desteğin yan tarafına etki eden elastik kuvvete denir. zorla normal reaksiyon destekler . Normal kelimesinden gelen normal, yani destek tepkisi her zaman dik yüzeyler.

Süspansiyonun yan tarafına etki eden elastik kuvvete denir. ipliğin gerginlik kuvveti (askı) .

Deformasyonlar tersinir (elastik) ve geri döndürülemez (elastik, plastik, sürünme) olarak ikiye ayrılır. Uygulanan kuvvetlerin sona ermesiyle elastik deformasyonlar kaybolur ancak geri dönüşü olmayan deformasyonlar kalır. Elastik deformasyonlar, vücut atomlarının denge konumundan tersinir yer değiştirmelerine dayanır (başka bir deyişle, atomlar atomlar arası bağların sınırlarının ötesine geçmez); Geri dönüşümsüz, atomların ilk denge konumlarından önemli mesafelere geri dönüşü olmayan hareketlerine (yani, yükün kaldırılmasından sonra atomlar arası bağların sınırlarının ötesine geçerek, yeni bir denge konumuna yeniden yönlendirilme) dayanır.

Plastik deformasyonlar, gerilimdeki değişikliklerin neden olduğu geri dönüşü olmayan deformasyonlardır. Sürünme deformasyonları zamanla meydana gelen geri dönüşü olmayan deformasyonlardır. Maddelerin plastik olarak deforme olma yeteneğine plastisite denir. Bir metalin plastik deformasyonu sırasında, şekil değişikliğiyle eş zamanlı olarak bir dizi özellik değişir - özellikle soğuk deformasyon sırasında mukavemet artar.

Ansiklopedik YouTube

1 / 3

✪ Ders 208. Deformasyon katılar. Deformasyon türlerinin sınıflandırılması

✪ Deformasyon ve elastik kuvvetler. Hooke Yasası | Fizik 10.sınıf #14 | Bilgi dersi

✪ Deformasyon

Altyazılar

Deformasyon türleri

En basit türler bir bütün olarak vücudun deformasyonları:

Çoğu pratik durumda, gözlemlenen deformasyon birkaç eş zamanlı basit deformasyonun birleşimidir. Sonuçta herhangi bir deformasyon en basit iki deformasyona indirgenebilir: çekme (veya sıkıştırma) ve kesme.

Deformasyon çalışması

Plastik deformasyonun doğası sıcaklığa, yükün süresine veya gerinim hızına bağlı olarak değişebilir. Vücuda sabit bir yük uygulandığında deformasyon zamanla değişir; bu olaya sürünme denir. Sıcaklık arttıkça sürünme hızı artar. Sürünmenin özel durumları gevşeme ve elastiklik etkisidir. Plastik deformasyonun mekanizmasını açıklayan teorilerden biri kristallerdeki dislokasyon teorisidir.

Süreklilik

Esneklik ve plastisite teorisinde cisimler “katı” olarak kabul edilir. Süreklilik (yani gövde malzemesinin kapladığı hacmin tamamını boşluk olmadan doldurma yeteneği), ona atfedilen ana özelliklerden biridir. gerçek bedenler. Süreklilik kavramı aynı zamanda bir bedenin zihinsel olarak bölünebildiği temel hacimleri de ifade eder. Süreksizlik yaşamayan bir cisimdeki her iki bitişik sonsuz küçük hacmin merkezleri arasındaki mesafedeki değişim, bu mesafenin başlangıç ​​değerine kıyasla küçük olmalıdır.

En basit temel deformasyon

En basit temel deformasyon(veya bağıl deformasyon) bazı elemanların göreceli uzamasıdır:

Uygulamada küçük deformasyonlar daha yaygındır; öyle ki ϵ ≪ 1 (\displaystyle \epsilon \ll 1).

Ders: Vücut deformasyonu. Elastik kuvvet.

Hedef: Cisim deformasyonu kavramını verin, elastik kuvvet, elastik kuvvetin oluşum nedenlerini öğrenin, elastik kuvveti araştırın.

Planı:

1. Sorunlu bir sorunun ifadesi.

Cetvelin ortasına bir ağırlık yerleştirin.

? Hükümdara ne oldu?
? Cetvel hangi kuvvetin altında eğildi?
?Cetvel neden eğildi de daha fazla eğilmedi?

Çözüm: Aşağıya doğru olan yerçekimi kuvvetine ek olarak, tahtaya yukarıya doğru bir kuvvet etki eder.

Öğretmen:

5. sınıfta deformasyon ve elastik kuvvet olgusuna aşina olduk.

Ders konusu: Vücut deformasyonu. Elastik kuvvet (Ek 1, slayt 1).

Bugün vücut deformasyonunun, elastik kuvvetin ne olduğunu hatırlamalıyız. Elastik kuvvetin nedenlerini bulun, elastik kuvveti araştırın.

2. Öğrenilen materyalin tekrarı

1) Konunun temel kavramlarının tekrarı:
Fiziksel dikte “İster inanın ister inanmayın” (Ek 1, slayt 2).

1. Kuvvet, etkileşimi karakterize eden bir niceliktir (evet).
2. Kuvvet şu şekilde karakterize edilir: kuvvetin büyüklüğü ve uygulama noktası (hayır).
3. Bir cismin ivmesi kütlesiyle doğru orantılı, kuvvetiyle ters orantılıdır (hayır).
4. Kuvvetin birimi Newton olarak alınır; 1 kg ağırlığındaki bir cisimde 1 m/s2 (evet) ivmeye neden olan kuvvet.
5. Kuvveti ölçmek için bir cihaz - bir basınç göstergesi (hayır).

Ders “evet” ve “hayır” kartlarıyla çalışır (Ek 2).
2) Çeviri (Ek 1, slayt 3):

3. Yeni materyal öğrenmek

1) Deformasyon nedir?

Deformasyon- Bu fiziksel olay Vücudun şeklinin veya boyutunun değiştiği.

?Ne tür deformasyonları biliyorsunuz?

Deformasyon türleri (Ek 1, slayt 4):

1. vardiya
2. burulma
3. bükülmek
4. sıkıştırma
5. germe

Fiziksel akordeon kullanılarak deformasyon türlerinin gösterilmesi.

Sabitleme:

2) Bir cisim deforme olduğunda hangi kuvvet oluşur?

Elastik kuvvet– cisimlerin deformasyonu sırasında ortaya çıkan kuvvet.

?Elastik kuvvetin nedeni nedir?

Öğretmen: Ders kitabı 97 s. 71'deki resme bakalım (A.E. Gurevich “Fizik 9”).

Yükler arasında etkili olan çekme ve itme kuvvetleri birbirini iptal eder.

? Deformasyon sırasında ne olur?(Şekil 97 (b, c).)

Kuvvetler birbirini iptal etmez:
ya çekim kuvvetleri üstün gelir (b)
veya itici kuvvetler (c)

Çözüm: Elastik kuvvet, yüklü parçacıkların etkileşimi sonucu ortaya çıkar (Ek 1, slayt 6)

Elastik kuvvet elektromanyetik bir kuvvettir.

3) Elastik kuvvet nasıl yönlendirilir?

Esneklik kuvveti her zaman vücudun deformasyonunu önler ve orijinal şeklini geri kazanmaya çalışır.
Elastik kuvvet deformasyona karşı yönlendirilir.

Sabitleme:

Verilen örneklerde elastik kuvvet doğru şekilde dağılmış mı?

4) Elastik kuvvet neye bağlıdır?

Gösteri: Elastik kuvvetin vücudun uzamasına bağımlılığını belirleyelim (öğrenciler tarafından tahtada önden gerçekleştirilir).

Deneysel veriler bir tabloya girilir ve ondan bir grafik oluşturulur.

k sertlik nerede

Hooke Yasası: Elastik kuvvet, vücudun belirli bir sınır değere kadar uzamasıyla doğru orantılıdır (Ek 1, slayt 7).

5) Sertliği formülden ifade edin (Ek 1, slayt 8):

Sabitleme: Grafikleri kullanarak hangi gövdenin en büyük sertliğe sahip olduğunu belirleyin (Ek 1, slayt 9).

6) (Askıların ve desteklerin) sağlamlığı neye bağlıdır?

Gösteri:

1. aynı uzunlukta fakat alanları farklı iki elastik bant
2. farklı uzunluklarda iki elastik bant
3. farklı malzemelerden iki lastik bant

Sonuç: Sertlik şunlara bağlıdır (Ek 1, slayt 10):

1. uzunluk;
2. alan enine kesit;
3. malzeme.

Genel sonuç: Bir cisim gerildiğinde (sıkıştırıldığında) oluşan kuvvet, cismin deformasyon miktarına ve sertliğine, yani uzunluğuna, kesit alanına ve cismin yapıldığı malzemeye bağlıdır.

4. Sabitleme:

1) Temel kavramların tekrarı:

1. Deformasyon nedir?
2. Ne tür deformasyonları biliyorsunuz?
3. Elastik kuvveti tanımlayın?
4. Devlet Hooke yasası mı?
5. Sertlik neye bağlıdır?
6. Teknolojinin neresinde elastik kuvvetle karşılaşırız?

2) Problemin çözümü: V.I.'nin “Fizikteki problemlerin toplanması”. Lukashik, E.V. Ivanova s.39 Sayı 350.

3) Karşılıklı doğrulama ile test edin (Ek 2).

Katı bir cisim ile sıvılar ve gazlar arasındaki temel fark, cisim çok fazla kuvvete maruz bırakılmadığı takdirde şeklini koruyabilmesidir. büyük güçler. Katı bir cismi deforme etmeye çalışırsanız deformasyonu önleyen elastik kuvvetler ortaya çıkar.

Bir katının deformasyonunun tanımları

TANIM

Deformasyon harici denir mekanik etki vücutta, hacminde ve (veya) şeklinde bir değişikliğe yol açar.

Katı bir cisimdeki deformasyon, yük vücuttan kaldırıldıktan sonra ortadan kayboluyorsa elastik olarak adlandırılır.

Yük kaldırıldıktan sonra kaybolmuyorsa veya tamamen kaybolmuyorsa deformasyona plastik (artık) adı verilir.

Aynı gövdeler elastik ve plastik olabilir, bu deformasyonun niteliğine bağlıdır. Böylece yük belirli bir sınırın üzerine çıktığında elastik deformasyonlar plastik deformasyonlara dönüşebilmektedir.

Katıların deformasyon türleri

Katı bir cismin herhangi bir deformasyonu iki türe indirgenebilir: çekme (sıkıştırma) ve kayma.

Çubuğun bir ucunu sabitleyip diğer ucuna kendi ekseni boyunca, ucundan uzağa doğru bir kuvvet uygulayacağız. Bu durumda çubuk çekme deformasyonuna maruz kalacaktır. Bu deformasyon, aşağıdakilere eşit olan mutlak uzama () kullanılarak karakterize edilir:

kuvvet uygulanmadan önce çubuğun uzunluğu nerede; l gerilmiş çubuğun uzunluğudur.

Bağıl uzama () genellikle bir cismin deformasyonunu karakterize etmek için kullanılır:

Eğer öyleyse, bu tür bir deformasyon küçük kabul edilir. Katıların çoğu küçük deformasyonlar altında elastik özellikler sergiler.

Ucu sabit olan bir çubuğa, ekseni boyunca, ancak çubuğun ucuna doğru bir kuvvet uygulanırsa, bu durumda bu gövde basınç deformasyonuna uğrayacaktır.

Uzatma sırasında şunu göz önünde bulundurun: title="Rendered by QuickLaTeX.com" height="16" width="47" style="vertical-align: -4px;"> при сжатии .!}

Çekme ve basma deformasyonu sırasında gövdenin kesit alanı değişir. Uzatıldığında azalır, sıkıştırıldığında artar. Ancak küçük deformasyonlarda bu etki genellikle ihmal edilir.

Kayma deformasyonu, deformasyon kuvvetlerinin etkisi altında paralel malzeme katmanlarının karşılıklı yer değiştirmesinin meydana geldiği bir deformasyon türüdür. Kauçuktan yapılmış bir paralelyüzlü düşünelim, alt tabanını yatay yüzey. İLE üst kenar bloğun üst kenarına paralel bir kuvvet uyguluyoruz. Bu durumda bloğun katmanları paralel kalarak kayacak, paralel yüzün dikey kenarları düz kalacak ve dikeyden belirli bir açıyla sapacaktır.

Hooke yasası

Deformasyon kuvveti (F) ile mutlak uzama arasındaki küçük çekme (basınç) deformasyonları için. Hooke bağlantıyı kurdu:

burada k esneklik katsayısıdır (sertlik).

Hooke yasası genellikle farklı şekilde yazılır. Bu durumda voltaj () kavramı ortaya çıkar:

burada S, vücudun (çubuk) kesit alanıdır. Küçük deformasyonlar için gerilim, bağıl uzamayla doğru orantılıdır:

burada E, Basitleştirme modülü veya Young modülüdür; bu, göreceli uzaması birliğe eşitse (veya gövdenin uzunluğu iki katına çıktığında) çubukta ortaya çıkan strese eşittir. Pratikte kauçuk hariç elastik deformasyon sırasında çift uzama sağlanamaz; gövde kırılır. Young modülü, gerilim ve uzama ölçümlerinde ifade (5) kullanılarak belirlenir.

Esneklik katsayısı ve Young modülü şu şekilde ilişkilidir:

Problem çözme örnekleri

ÖRNEK 1

Egzersiz yapmak	Duvar m yüksekliğinde olup yoğunluğu tuğladan yapılmıştır. . Bu duvarın tabanındaki gerilim nedir?
Çözüm	Bizim problemimizde deforme edici kuvvet, duvarı sıkıştıran yer çekimi kuvvetidir: Yapıldığı tuğlanın yoğunluğunu bildiğimizde duvarın kütlesini şu şekilde buluruz: burada S, duvar tabanının alanıdır. Tanım gereği stres (), deformasyon kuvvetinin (F) büyüklüğünün deforme olmuş gövdenin kesit alanına oranına eşittir: Kütlenin yerine koyalım sağ taraf(1.2) ifadesinden şunu elde ederiz: Hesaplamaları yapalım:
Cevap	Pa

ÖRNEK 2