SILA-UPRUGOSTI

1.

СИЛА УПРУГОСТИ
Открывая тайны деформации и восстановления

2.

ПЛАН ПРЕЗЕНТАЦИИ
Что мы узнаем о силе упругости:
Определение и природа силы
Деформация: виды и причины
Что такое сила упругости и почему она возникает.
Рассмотрим обратимые и необратимые изменения
формы тела.
Закон Гука
Применение в жизни
Ключевой закон, описывающий зависимость силы от
Примеры использования силы упругости в технологиях
деформации.
и природе.

3.

ЧТО ТАКОЕ СИЛА УПРУГОСТИ?
Это сила, возникающая при деформации тела и направленная на восстановление его
первоначальной формы и объема.
• Возникает только при наличии деформации.
• Имеет электромагнитную природу (взаимодействие атомов и молекул).
• Направлена против смещения частиц тела относительно их равновесного положения.
Природа силы
Сила упругости — это проявление
сил межатомного (или
межмолекулярного)
взаимодействия, которое стремится
вернуть частицы в устойчивое
равновесное состояние, подобно
пружинкам, связывающим атомы.

4.

ДЕФОРМАЦИЯ: КЛЮЧ К УПРУГОСТИ
Деформация — это любое изменение формы или размеров тела под действием внешних сил.
Упругая (Обратимая) Деформация
Пластическая (Необратимая) Деформация
Тело полностью восстанавливает свою форму после прекращения
Деформация, при которой тело не восстанавливает свою форму
действия внешней силы (например, растяжение резинки).
после прекращения воздействия, называется пластической.

5.

ВИДЫ УПРУГИХ ДЕФОРМАЦИЙ
Деформации классифицируются в зависимости от того, как внешняя сила воздействует на тело.
Растяжение/Сжатие
Изгиб
Изменение длины тела (пружины, троса).
Изменение кривизны (балки, линейки).
Сдвиг
Кручение
Смещение параллельных слоев тела относительно друг
Поворот одного конца тела относительно другого (вала).
друга.

6.

ЗАКОН ГУКА: ОСНОВНОЙ ПРИНЦИП
В пределах упругой деформации сила упругости прямо пропорциональна абсолютному удлинению (деформации) тела.
Где:
F{упр} — сила упругости (Н).
∆x — абсолютное удлинение или деформация (м).
k — коэффициент упругости или жесткость (Н/м).
Минус в формуле указывает, что сила упругости всегда направлена против деформации.

7.

ЖЕСТКОСТЬ (k)
Жесткость — это физическая характеристика, показывающая, насколько тело сопротивляется деформации. Она зависит от
материала, из которого изготовлено тело, и его геометрических размеров.
Геометрия
Длина и площадь поперечного
Материал
сечения тела влияют на k. Чем толще
и короче пружина, тем она жестче.
Разные материалы (сталь, резина,
дерево) имеют разную жесткость.
Единицы измерения
Жесткость тела зависит от формы и
размеров тела, а также от материала, из
которого оно изготовлено.
Жесткость измеряется в Ньютонах на
метр (Н/м).

8.

9.

ГРАФИЧЕСКОЕ ИЗОБРАЖЕНИЕ ЗАКОНА ГУКА
График зависимости силы упругости от деформации ∆x представляет собой прямую линию, проходящую через начало координат.
Наклон этой прямой на графике F(∆x) равен
коэффициенту жесткости k.
Большая жесткость (k) означает более крутой
наклон.
Малая жесткость означает более пологий
наклон.
Эта линейная зависимость сохраняется только
до предела упругости.
Деформация Δx (м)
Сила F (Н)

10.

ПРИМЕРЫ ПРИМЕНЕНИЯ СИЛЫ УПРУГОСТИ
Сила упругости используется везде, где требуется поглощение ударов, измерение силы или накопление энергии.
Автомобильные амортизаторы
Лук и Арбалет
Батуты и Прыжки
Накапливают потенциальную энергию
Упругость сетки возвращает человеку
Поглощают энергию ударов и
упругой деформации, которая
энергию, позволяя ему подпрыгивать.
вибраций, обеспечивая плавность хода.
преобразуется в кинетическую
энергию стрелы.

11.

КРАТКИЕ ВЫВОДЫ
Три ключевых момента о силе упругости:
1
2
3
Деформация — Причина
Закон Гука — Правило
Всегда Восстанавливает
Сила упругости возникает только как
В пределах упругости F прямо
Направлена на возврат тела в
реакция на деформацию тела.
пропорциональна ∆x через
коэффициент k.
исходное, равновесное состояние.

12.

Задача 1
Определите силу упругости, возникающую при деформации
пружины, с жесткостью 100Н/м, если она удлинилась на 5см.

13.

Задача 2
Груз подвешен к системе из двух последовательно
соединенных пружин с жесткостями k₁ = 300 Н/м и k₂ = 600 Н/м.
Общее удлинение системы составило 15 см. Найдите массу
груза.
Задача 3
Груз подвешен к системе из двух последовательно
соединенных пружин с жесткостями k₁ = 300 Н/м и k₂ = 600 Н/м.
Общее удлинение системы составило 15 см. Найдите массу
груза.