Если тело попытаться сжать, согнуть или изменить его форму, то это тело будет стремиться вернуться в исходное состояние. Сила, развивающаяся при деформации, называется силой упругости:
Сила упругости – это сила, возникающая при деформации или изменении формы тела, которая стремится вернуть его в исходное состояние.
Деформирование может быть упругим и пластическим. При упругом деформировании тело возвращается в первоначальное состояние. При пластическом принимает форму, которую ему задали.
По изменению формы тела деформирование бывает:
- Растяжения – сжатия
- Изгиба
- Сдвига
- Кручения
Рассмотрим простейший случай деформации тела. Имеется стержень длиной L.
Вдоль стержня прикладывают силу FΔ, в противоположную сторону от его крепления.
При этом стержень удлинится на ΔL. Это величина называется абсолютным удлинением. В свою очередь, сила упругости (Fу) будет стремиться вернуть тело в первоначальное положение.
Несложно заметить зависимость удлинения тела от силы упругости. То есть, чем большая сила воздействует на стержень, тем длиннее он становиться:
Закон Гука
Данную зависимость выявил ученый Роберт Гук в конце 17 века. Следует отметить, что данное утверждение верно только при малых деформациях. В общем виде оно звучит так:
Сила упругости, возникшая из-за деформации тела, направлена в сторону от направления движения атомов относительно неподвижных частиц и пропорциональна длине этого тела.
ΔL – величина удлинения тела, вследствие приложенной к нему силы.
K – Коэффициент, показывает жесткость тела. Физическое значение этой величины в том, что она показывает силу необходимую для единичного удлинения тела. Это можно увидеть, если ΔL приравнять к 1. Имеет размерность [H/м].
Например, к выше описанному стержню приложена сила в 5 H, вследствие чего он удлинился на 0,2 м. Найти жесткость пружины.
По закону Гука жесткость пружины определяется отношением силы упругости к абсолютному удлинению:
Подставляя исходные данные в формулу, получаем k = 25 H/м.
Рассмотрим другой пример, на нить подвесили груз массой 3 кг. На сколько удлинится нить если её жесткость 60 H/м?
В условии говориться о жесткости в 60 H/м. Это означает, что если приложить силу в 60 H нить удлинится на 1 м.
Вычислим силу, с которой груз натягивает нить по известной формуле F = g*m. Получаем 30 H.
Далее, по формуле (1) находим длину ΔL:
Подставляем значения в формулу:
Ответ: нить удлинится на 50 см.