Изучение силы упругости

Государственное бюджетное образовательное учреждение среднего профессионального

образования «Ейский медицинский колледж» департамента здравоохранения Краснодарского края

 

 

 

 

 

 

 

 

Физика Расчетно-графическая работа

Тема:

«Изучение силы упругости»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнила: студентка 102гр.

  Деревянко Э.В.

      Руководитель: преподаватель физики

       Каснер М.Л.

 

 

 

 

 

 

Ейск 2014г.

 

Задание:

Жесткость двух пружин 200Н/м и 300Н/м. заполнить таблицу и построить графики зависимости силы упругости от удлинения потенциальной энергии от удлинения для каждой пружины на одних осях F(x) и Ep(x).Сделайте вывод о расположении графика над осями координат.

 

Х, см	0	1	2	3	4	5
F, H
E, Дж

 

Теоретическая часть

 Деформация

Силы упругости возникают при деформациях тел. Деформация — это изменение формы и размеров тела. К деформациям относятся растяжение, сжатие, кручение, сдвиг и изгиб.

Деформации бывают упругими и пластическими. Упругая деформация полностью исчезает

после прекращения действия вызывающих её внешних сил, так что тело полностью восстанавливает форму и размеры. Пластическая деформация сохраняется (быть может, частично)

после снятия внешней нагрузки, и тело уже не возвращается к прежним размерам и форме.

Частицы тела (молекулы или атомы) взаимодействуют друг с другом силами притяжения

и отталкивания, имеющими электромагнитное происхождение (это силы, действующие между ядрами и электронами соседних атомов). Силы взаимодействия зависят о расстояний между

частицами. Если деформации нет, то силы притяжения компенсируются силами отталкивания. При деформации изменяются расстояния между частицами, и баланс сил взаимодействия

нарушается.

Например, при растяжении стержня расстояния между его частицами увеличиваются, и начинают преобладать силы притяжения. Наоборот, при сжатии стержня расстояния между частицами уменьшаются, и начинают преобладать силы отталкивания. В любом случае возникает

сила, которая направлена в сторону, противоположную деформации, и стремится восстановить

первоначальную конфигурацию тела.

Сила упругости — это сила, возникающая при упругой деформации тела и направленная в

сторону, противоположную смещению частиц тела в процессе деформации. Сила упругости:

1. действует между соседними  слоями деформированного тела  и приложена к каждому слою;

2. действует со стороны деформированного тела на соприкасающееся с ним тело, вызывающее деформацию, и приложена в месте контакта данных тел перпендикулярно их поверхностям (типичный пример — сила реакции опоры).

Силы, возникающие при пластических деформациях, не относятся к силам упругости. Эти

силы зависят не от величины деформации, а от скорости её возникновения. Изучение таких сил

выходит далеко за рамки школьной программы.

В школьной физике рассматриваются растяжения нитей и тросов, а также растяжения и

сжатия пружин и стержней. Во всех этих случаях силы упругости направлены вдоль осей

данных тел.

 

 

Закон Гука

Деформация называется малой, если изменение размеров тела много меньше его первоначальных размеров. При малых деформациях зависимость силы упругости от величины деформации

оказывается линейной.

1Закон Гука. Абсолютная величина  силы упругости прямо пропорциональна  величине деформации. В частности, для пружины, сжатой или растянутой  на величину x, сила упругости

даётся формулой:

Коэффициент жёсткости зависит не только от материала пружины, но также от её формы

и размеров.

F = kx

Коэффициент жёсткости k — это угловой коэффициент в уравнении прямой F = kx. Поэтому справедливо равенство:

k=tg; где  — угол наклона данной  прямой к оси абсцисс. Это равенство  удобно использовать при экспериментальном нахождении величины k.

Подчеркнём ещё раз, что закон Гука о линейной зависимости силы упругости от величины деформации справедлив лишь при малых деформациях тела. Когда деформации перестают

быть малыми, эта зависимость перестаёт быть линейной и приобретает более сложный вид.

Соответственно, прямая линия на рис. 1 — это лишь небольшой начальный участок криволинейного графика, описывающего зависимость F от x при всех значениях деформации x.

Модуль Юнга

В частном случае малых деформаций стержней имеется более детальная формула, уточняющая общий вид (1) закона Гука.

Именно, если стержень длиной l и площадью поперечного сечения S растянуть или сжать

на величину x, то для силы упругости справедлива формула:

F = ES x

 

Здесь E — модуль Юнга материала стержня. Этот коэффициент уже не зависит от геометрических размеров стержня. Модули Юнга различных веществ приведены в справочных таблицах.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 Формулы для расчетов:

 

Ep, Дж - потенциальная энергия ;.

K, Н/м - коэффициент пропорциональности, зависящий от размеров и материала  тела, называемый жесткостью;

Х, см - удлинение (деформация) тела.

 

F = kx

 

F - сила упругости;

Х, см - удлинение (деформация) тела.

K, Н/м - коэффициент пропорциональности, зависящий от размеров и материала  тела, называемый жесткостью;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Жесткость пружины 200Н/м

 

Х, см	0	1	2	3	4	5
F, H	0	2	4	6	8	10
E, Дж	0	0,01	0,04	0,09	0,16	0,025

 

Жесткость пружины 300 Н/м

 

Х, см	0	1	2	3	4	5
F, H	0	3	6	9	12	15
E, Дж	0	0,015	0,06	0,135	0,24	0,375