Сила пружності і деформація

Уявімо собі пружину, яку ніхто не чіпає, і ніщо на ній не підвішене. Якщо знехтувати її вагою, то можна сказати, що вона не діє ні на які тіла ніякої силою. Однак якщо пружину розтягнути або стиснути, то ми відчуємо силу, спрямовану проти наших зусиль. Ця сила “намагатиметься” повернути пружину в початковий стан. Що це за сила, і чому вона виникає?

Цю виникає силу називають силою пружності, а виникає вона через деформацію тіла. Таким чином, коли яке-небудь тіло деформується, в ньому може виникати сила пружності. Під деформацією слід розуміти зміна форми тіла – стиск, розтяг, кручення та інше. Але чому деформація може призводити до виникнення сили пружності? Для відповіді на це питання треба подивитися, що відбувається з молекулами або іншими частками речовини, з яких складається тіло.

Коли тіло розтягується, то відстань між частинками речовини збільшується. Частинки починають сильніше притягатися один до одного. Через що з’явилася додаткової сили міжмолекулярної тяжіння виникає сила пружності у випадку розтягнення.

Коли тіло стисло, то відстань між частинками зменшується. Це призводить до того, що вони починають відштовхуватися один від одного. В даному випадку силу пружності створюють міжмолекулярні сили відштовхування.

Якщо підвісити до пружини вантаж, то він своєю вагою змусить її розтягнутися. Коли пружина почне розтягуватися під дією ваги вантажу, в ній виникне, а потім буде наростати, сила пружності. У якийсь момент сила пружності стане рівною вазі тіла, тобто сили зрівноважаться, і пружина перестане розтягуватися далі.

Таким чином, на пружину діють дві сили спрямовані в протилежні сторони, але рівні за чисельним значенням (по модулю) – вага растягивающего її тіла і сила пружності, що виникає в самій пружині.

Приблизно те ж саме відбувається, якщо покласти на поверхню (наприклад, стіл) який-небудь предмет (наприклад, товсту книгу). Книга буде діяти на стіл своєю вагою, спрямованим до Землі. Стіл під цією вагою почне деформуватися, в ньому виникне сила пружності, спрямована проти дії ваги книги. Величина сили пружності виникне саме така, щоб врівноважити вагу книги. Не більше, не менше. Якщо тепер на стіл поставити ще принтер, то стіл деформується ще більше, в ньому виникне ще більша сила пружності. За модулю вона буде дорівнює вазі принтера і книги.

Деформація столу і багатьох інших предметів нам не помітні. Однак існують досліди, які доводять, що деформація відбувається.

Сила пружності відіграє важливу роль в нашому світі. Адже якби її не було, ми б провалювалися до центру Землі, а книги ламали б столи. Або може бути навпаки, нічого б не розтягувалося і не стискалося, і тоді ніяке тіло не можна було б змінити під дією сили або поламати.

Зрозуміло, що сила пружності не обов’язково виникає під дією ваги іншого тіла. Інше тіло може просто прикладати свої сили, щоб розтягувати або стискати тіло. Наприклад, людина може розтягувати силою м’язів гумовий джгут, або в якому-небудь механізмі її частина може то стискати, то розтягувати пружину. Тут мова не йде про те, що сила пружності виникає в противагу вазі інших тіл, вона тут виникає на противагу іншим силам.

Однак, силу пружності, що виникає під дією ваги іншого тіла, на яке діє сила тяжіння (саме вона призводить до виникнення у тіла ваги), виділяють особливо. Таку силу пружності називають силою нормальної реакції. Її позначають великою літерою N зі стрілкою вгорі.

Сила тяжіння і сила нормальної реакції, що діють на тіло, спрямовані в протилежні сторони, але рівні за чисельним значенням (по модулю).

Слід розуміти “механізм” виникнення і дії сил. Сила тяжіння виникає в наслідок закону всесвітнього тяжіння, який стверджує, що всі тіла притягуються. В результаті існування сили тяжіння тіла знаходять вагу. І вже під дією ваги одного тіла виникає сила нормальної реакції іншого тіла. Тобто це не сила тяжіння призводить до виникнення сили нормальної реакції, а вага. Однак вагу тіла і сила тяжіння рівні один одному. І якщо розглядати тіло, що лежить, скажімо, на столі, то на нього дійсно діють дві протилежно спрямовані, але рівні за модулем сили – сила тяжіння з боку Землі і сила нормальної реакції з боку опори.


1 Star2 Stars3 Stars4 Stars5 Stars (2 votes, average: 3.00 out of 5)

Сила пружності і деформація