Доповідь про силу пружності і закон Гука
Саме ця сила лежить в основі роботи механічних годинників, її впливу піддаються буксирні троси та канати підйомних кранів, амортизатори автомобілів і залізничних складів. Її відчуває м’яч і тенісну кульку, ракетка та інший спортивний інвентар. Як виникає ця сила, і яким закономірностям підпорядковується?
Як народжується сила пружності
Метеорит під дією земного тяжіння падає на землю і… завмирає. Чому? Хіба земне тяжіння зникає? Ні. Сила не може зникнути просто так. У момент зіткнення із землею сила тяжіння врівноважується іншою силою рівною їй за величиною і протилежною за напрямком. І метеорит, як і інші тіла на поверхні землі, залишається в спокої.
Що впав метеорит знаходиться в спокої.
Цією врівноважує силою є сила пружності.
Такі ж пружні сили виникають в тілі при всіх видах деформації:
Розтягування;
стиснення;
зсуву;
вигину;
крутіння.
Сили, що виникають в результаті деформації, називаються пружними.
Природа сили пружності
Механізм виникнення сил пружності вдалося пояснити лише в XX столітті, коли була встановлена природа сил міжмолекулярної взаємодії. Фізики назвали їх “гігантом з короткими руками”. Який сенс цього дотепного порівняння?
Між молекулами і атомами речовини діють сили тяжіння і відштовхування. Така взаємодія обумовлено, що входять до їх складу найдрібніших частинок, що несуть позитивні і негативні заряди. Сили ці досить великі (звідси слово гігант), але проявляються лише на дуже малих відстанях (з короткими руками). При відстанях рівних потроєному діаметру молекули, ці частинки притягуються, “радісно” прямуючи, один до одного.
Схема взаіможействія молекул в речовині.
Але, зіткнувшись, починають активно відштовхуватися один від одного.
При деформації розтягування відстань між молекулами зростає. Міжмолекулярні сили прагнуть його скоротити. При стисненні молекули зближуються, що породжує відштовхування молекул.
А, оскільки всі види деформацій можна звести до стиснення і розтягування, то поява пружних сил при будь-яких деформаціях можна пояснити цими міркуваннями.
Закон, встановлений Гуком
Вивченням сил пружності і їх взаємозв’язком з іншими фізичними величинами займався співвітчизник і сучасник Ньютона відомий натураліст Роберт Гук. Його вважають основоположником експериментальної фізики.
Вчений продовжував свої експерименти близько 20 років. Він проводив досліди по деформації розтягування пружин, підвішуючи до них різні вантажі. Підвішується вантаж викликав розтягнення пружини до тих пір, поки що виникла в ній сила пружності врівноважується вага вантажу.
В результаті численних експериментів вчений робить висновок: прикладена зовнішня сила викликає виникнення рівної їй по величині силі пружності, що діє в протилежному напрямку.
Сформульований ним закон (закон Гука) звучить так:
Сила пружності, що виникає при деформації тіла, прямо пропорційна величині деформації і спрямована в бік, протилежний переміщенню частинок.
Формула закону Гука має вигляд:
F = – kx
де
F – модуль, т. Е. Чисельне значення сили пружності;
х – зміна довжини тіла;
k – коефіцієнт жорсткості, що залежить від форми, розмірів і матеріалу тіла.
Знак мінус вказує те, що сила пружності спрямована в бік, протилежний зміщенню частинок.
(2 votes, average: 5.00 out of 5)