Автор Кислицын Николай Сергеевич
Магистр физико-математического факультета
Вятского государственного гуманитарного университета.
2011
Кто мне может сразу сказать, когда возникает сила упругости?
Сила упругости возникает только при деформации тел. Других причин возникновения сил упругости природе нет.
Кто мне скажет, что же такое деформация?
Деформация - изменение объема или формы тела в результате действия внешних или внутренних сил (от лат. deformation искажение).
Итак, запишите Причина возникновения сил упругости – деформация тел:
Давайте рассмотрим деформацию твердых тел. Например, пружина, это твердое тело?
Если мы попытаемся её растянуть, что произойдет? Пружина начнет действовать против нашей силы, сжимаясь обратно. Что мы попытались изменить? Форму тела.
Если мы сожмем стальной брусок в тисках и начнем сдавливать, что произойдет? Брусок будет сопротивляться, сохраняя свою форму. Т. е. снова возникнет сила упругости, которая будет стремиться сохранить …
Что сохранить? Объем. Поэтому давайте запишем под цифрой один.
1) Изменение объема или формы твердого тела
Если мы попытаемся изменить форму жидкости, возникнуть ли силы упругости?
Нет, например, если перелить воду из чайника в стакан, силы упругости не возникнет. А возникнут ли силы упругости, если попытаться изменить объем жидкости? Да, например, если мы попытаемся сжать пластиковую бутылку, наполненную до краев водой. Итак, запишем по следующей цифрой.
2) Изменение объема жидкости
Остались газы, после какой деформации возникают силы упругости газов? При сжатии, например, например, в двигателе внутреннего сгорания.
3) Сжатие газов.
Итак, мы записали условия для трех состояний вещества, при которых возникают силы упругости этих веществ.
А теперь давайте запишем виды деформаций. Для этого я прошу выйти одного из зала.
Возьмите вот этот предмет. Как бы вы его назвали? Я бы назвал его «Гармошка», с помощью этого вещи можно изобразить почти все виды деформаций. Попробуйте изобразить какую-нибудь деформацию, как бы вы её назвали? Ученик, крутит, вертит, сжимает, растягивает, скручивает «Гармошку». В это время учитель дает указание записывать виды деформаций, которые угадал ученик.
Виды деформаций.
1) Сгиба
2) Сжатия
3) Растяжения
4) Кручения
5) Сдвига.
Закон Гука.
Английский ученый Роберт Гук установил связь между силой упругости и деформацией и вывел закон, как вы думаете, как он называется? Закон Гука, что принесло ему всемирную известность. Хоть нам уже не принесет такой известности как Гуку в свое время, но давайте все же попробуем повторить аналогичный опыт и вывести закон Гука, т. е. установить связь между силой деформации и силой упругости.
Кто-нибудь выйдите к доске. Итак, перед Вами, на штативе закреплен… Что закреплено? Динамометр. Что мы будем деформировать? Форму пружины. Как? Подвешивая грузы разной массы. Как мы будем регистрировать деформацию и в чем будет выражаться деформация пружины? В удлинении, т. е. дельта х. Чем мы будем измерять удлинение? Линейкой, что примем за нулевой уровень? Положение пружины без груза. Что нам надо найти? Зависимость силы упругости от деформации тела? Как мы будем измерять силу упругости? Либо по показанием динамометра, либо, высчитывая вес тела, т. к. Fупр=N, а по третьему закону Ньютона N=P, а P=mg, кстати, при каком улови вес равен силе тяжести? При неподвижной опоре. Итак, подвешивайте разные массы, измеряйте удлинение, а результаты записывайте в таблицу и отмечайте точками на графике, на доске.
Как мы видим на графике получилась прямая. Что это значит? Занчит сила упругости прямо пропорциональна удлинению пружину, значит F~∆x. Как избавиться от «~» ? Надо подставить какую-нибудь постоянную? Гук подставил постоянную k, которая называется коэффициент жесткости пружины. Итак запишите в тетради F=k∆х –закон Гука. И обведите в рамочку.
Необходимо учесть, что закон Гука выполняется только при малых деформациях. При больших деформациях изменение длины перестает быть прямо пропорциональным приложенной силе, а при очень больших деформациях тело разрушается.
Какова же природа этих сил?
Атомы и молекулы состоят из заряженных частиц - положительных и отрицательных. Поэтому силы упругости создаются взаимодействием между заряженными частицами, т. е. природа этих сил электромагнитная.