Растяжение и сжатие

Простейшую деформацию растяжения можно осуществить на длинном стержне, если один конец его закрепить, а ко второму приложить растягивающую силу. Под действием приложенной силы стержень удлинится.

Упругие и пластические тела

Деформацию растяжения можно отобразить графически, если, например, на оси абсцисс откладывать удлинение тела, а на оси ординат – действующие силы:

В разных телах показанные области деформаций имеют разную относительную протяженность. По этому признаку условно тела разделяют на упругие и пластические.

Разделение на упругие и пластические тела условно, поскольку в каждом теле при переходе определенной величины действующей силы возникают состояния остаточных деформаций, кроме этого, свойства тел существенно зависят от давления, температуры, обработки. Например, упругая сталь под большим давлением становится пластичной, а пластический свинец при очень низких температурах – достаточно упругим. Для изменения свойств стали ее закаливают или отпускают, вводят примеси – хром, никель, молибден и др.

Упругие свойства тел зависят от продолжительности деформации: пружина, которая долгое время будет находится в деформированном состоянии, может «усвоить» это состояние – и сохранять его после устранения внешних воздействий.

Упругие силы

Истоки приведенных особенностей механики деформаций кроются во внутреннем кристаллическом строении твердых тел.

Составляющие микрочастицы твердых тел – атомы, молекулы, ионы образуют разновидные симметричные структуры, так называемые кристаллические решетки. Микрочастицы занимают в решетке устойчивые положения равновесия, которые называют узлами решетки.

Образование устойчивых состояний равновесия обеспечивается одновременным существованием между частицами сил притяжения и сил отталкивания с различными их зависимостями от расстояния между частицами. В состоянии равновесия частиц на расстоянии $r_0$ эти силы компенсируются. При уменьшении расстояния между рассматриваемыми частицами преобладающей становится сила отталкивания, а при увеличении расстояния – сила притяжения:

На диаграмме показан крутой рост силы отталкивания между частицами (при $r < r_0$), следовательно, раскрыта причина затруднения деформации сдавливания тела. На кривой выделяется лишь незначительный прямолинейный участок в окрестности положения равновесия частицы. Из этого следует что действие закона Гука имеет определенные границы. При чрезмерных внешних усилиях будут возникать необратимые смещения частиц кристаллической решетки пластической деформации.

Количественная оценка деформации растяжения

Рассмотрим количественную оценку упругой деформации растяжения. По опыту можно узнать, что при имеющейся действующей силе удлинение стержня $Δl$ будет различным в зависимости от его начальной длины, следовательно, для характеристики деформации нужно оперировать относительным удлинением: $Δl/l=ε$.

Для стержней разного сечения относительное удлинение зависит не только от величины действующей силы, но и от площади сечения стержня.

Поэтому результат деформации необходимо сопоставлять с величиной отношения действующей силы к площади поперечного сечения стержня $F/S=σ$, эту величину называют механическим напряжением.

Нужна работа по низкой цене? У нас вы можете заказать статью по физике недорого!

Тест по теме «Растяжение и сжатие»