§ 24. Види деформацій. Сила пружності

З попереднього параграфа вам відомо, що на всі тіла, які розміщені на Землі, діє сила тяжіння. На книгу, що лежить на столі, також діє сила тяжіння, але вона не провалюється крізь стіл, а перебуває у спокої. Підвісимо тіло на нитку, нерухомо закріплену одним кінцем. Тіло не буде падати, хоча на нього діє сила тяжіння.

Чому ж у наведених прикладах тіла, які лежать на опорі або прикріплені до підвісу перебувають у спокої?. Мабуть, сила тяжіння врівноважується якоюсь іншою силою. Що ж це за сила і звідки вона береться?

Сила пружності
Види деформацій

Сила пружності. Проведемо дослід. На середину горизонтально розташованої дошки, що лежить на опорах, поставимо гирю (рис. 3.19). Під дією сили тяжіння гиря почне рухатися вниз і прогне дошку, тобто дошка деформується. При цьому виникає сила, з якою дошка діє на важок, розташований на ній. З даного досліду можна зробити висновок, що на важок, окрім сили тяжіння, направленої вертикально вниз, діє інша сила. Ця сила направлена вертикально вгору. Вона і зрівноважила силу тяжіння. Цю силу називають силою пружності.

Рис. 3.19. Виникнення сили пружності

Сила пружності виникає в тілі як результат деформації цього тіла.

Деформація (від латинського deformatio - спотворення)- зміна форми чи розмірів тіла внаслідок зовнішньої дії на нього інших тіл.

Сила пружності - сила, що виникає внаслідок деформації тіла й перешкоджає їй.

Залежно від своїх властивостей деформоване тіло або відновлює початкову форму чи розміри за умови припинення зовнішньої дії, або ні. У першому випадку тіло називають пружним (приклади: пружина, гумовий шнур), у другому - непружним, пластичним (наприклад, стержень із пластиліну). Чим більше деформоване тіло, тим більша сила пружності, що виникає в ньому.

Причиною виникнення сили пружності є взаємодія між молекулами тіла. Якщо тіло стискувати, то відстань між молекулами зменшується і вони починають відштовхуватися одна від одної, щоби знову зайняти положення, що було до деформації. Якщо ж тіло розтягувати, то відстань між молекулами збільшується і вони починають сильніше притягуватись одна до одної, щоб зайняти положення, яке вони займали до деформації.

Види деформацій. Розрізняють п’ять видів деформацій: стиску, розтягу, згину, зсуву, кручення.

Прикладемо до прямого стрижня (рис. 3.20) дві сили, рівні за величиною і направлені по осі стрижня в протилежні сторони. Ці сили розтягнуть стрижень. Чим більша величина сили, прикладеної до стрижня, тим більше його розтягування. Це деформація розтягу.

Рис. 3.20. Деформація розтягу

Для наочного зображення деформацій застосуємо гумовий куб.

Розтягнувши його, ми відмітимо, що одночасно з видовженням куб скорочується в поперечних розмірах (рис. 3.21). Цей дослід показує, що при повздовжньому розтягу збільшується довжина тіла, але скорочуються його поперечні розміри.

Рис. 3.21. Одночасно з видовженням куб скорочується в поперечних розмірах

Деформації розтягу зазнають троси, канати, ланцюги в підйомних транспортних засобах і мостах, балки будівельних ферм тощо.

Якщо на стрижень діятимуть сили, спрямовані одна назустріч одній, то він стиснеться (рис. 3.22).

Рис. 3.22. Деформація стиску

Довжина його при цьому зменшиться, а поперечні розміри збільшаться. Це деформація стиску. Отже, деформація стиску протилежна до деформації розтягу (рис. 3.23).