" Механические свойства твердых тел"

Механические свойства твердых тел

• Деформа́ция (от лат.   deformatio  — «искажение») — изменение взаимного положения частиц тела, связанное с их перемещением относительно друг друга. Деформация представляет собой результат изменения межатомных расстояний и перегруппировки блоков атомов . Обычно деформация сопровождается изменением величин межатомных сил, мерой которого является упругое механическое напряжение .

Виды деформаций:

растяжение

сжатие

кручение

изгиб

сдвиг

Виды деформации

Деформация сдвига –

деформация, при которой

слои тела смещаются

параллельно друг

другу в

направлении

действия внешней силы

Деформация растяжения (сжатия) – деформация, при которой размер тела в направлении действия внешней силы увеличивается (уменьшается)

Деформация кручения – неоднородный

сдвиг

Деформация изгиба – деформация

неравномерного

растяжения (сжатия)

деформация

упругая деформация – деформация, исчезающая после прекращения действия внешней силы

Пластическая деформация – деформация, сохраняющаяся после прекращения действия внешней силы

Резина, сталь, кости, сухожилия, человеческое тело

Пластилин, замазка , жевательная резинка, воск, алюминий

Закон Гука: Сила упругости прямо пропорциональна удлинению тела до некоторого предельного значения

|F упр|=k  l

 l абсолютное удлинение (м)

F упр - Сила упругости (Н)

K коэффициент жесткости (Н/м)

σ - механическое напряжение (Па)

ε -относительное удлинение

Е -модуль Юнга (Па)

Закон Гука

От чего зависит жесткость?

длины

материала

площади поперечного сечения

Число n , показывающее, во сколько раз

допустимое напряжение меньше предела

прочности данного сооружения или конструкции,

называется его запасом прочности

Запас прочности зависит от материала, из которого изготовлено сооружение или деталь, характера нагрузок , испытываемых ими, последствий разрушений и т.д.

Измерение деформации

тензометр

рентгеноструктурный анализ

тензодатчики сопротивления

поляризационно-оптический метод

Причины возникновения деформации твёрдых тел

результатом действия внешних сил

следствием фазовых превращений, связанных с изменением объёма, теплового расширения

появления электрического заряда (пьезоэлектрический эффект)

намагничивания магнитострикция

Почему при нагревании большинство твёрдых тел расширяются?

• Это происходит из-за того, что при увеличении температуры увеличивается кинетическая энергия движения частиц, которые находятся в узлах кристаллической решётки. Увеличение кинетической энергии, в свою очередь, приводит к увеличению амплитуды колебаний этих частиц около положения равновесия. В результате увеличения амплитуды колебаний увеличивается среднее расстояние между частицами в кристаллической решётке, что приводит к увеличению линейных размеров всего тела.

Почему при нагревании некоторые тела разрушаются?

• Если в стеклянный стакан налить кипяток, то стакан может треснуть. Почему? Дело здесь в неравномерном нагреве. Стекло плохо проводит тепло, поэтому, когда мы наливаем кипяток, внутренняя поверхность стакана сразу нагревается до 100 °С, а внешняя ещё сохраняет комнатную температуру. В результате слои стекла, прилегающие к внутренней поверхности стакана, начинают расширяться, а слои, прилегающие к внешней поверхности стакана, - ещё нет. Получается так, как если бы мы приложили к внутренней поверхности стакана дополнительное давление. А стекло - вещество хрупкое, такого давления может и не выдержать. Причина — неравномерное расширение стекла. Толстые стаканы - как раз самые непрочные в этом отношении: они лопаются чаще, нежели тонкие

Тепловое расширение тел

- линейное

расширение

- объемное

расширение

• Учет размеров тел при их нагревании и охлаждении:

при натяжении ЛЭП;

трубы водяного отопления…

• Использование разнородных материалов, подвергающихся периодическому нагреванию и охлаждению (например железобетон)
• Использование биметаллических пластин в терморегуляторах

Небольшие изменения размеров могут быть опасны

• Скажем прямо заметить такие изменения длины практически невозможно. Однако для хрупких веществ даже столь небольшие изменения размеров могут быть опасны. Взять, к примеру, асфальт. По сравнению со стеклом он при нагревании расширяется в 20 раз сильнее, поэтому асфальтовые покрытия на дорогах постоянно дают трещины и нуждаются в постоянном ремонте: ведь суточные колебания температуры приводят к неравномерному нагреву асфальта. А из-за этого возникают внутренние напряжения (как в стакане с кипятком), которые приводят к разрушению. Поэтому между плитами бетонного шоссе делают зазоры.

15

Если нас спросят, какова высота Эйфелевой башни, то прежде чем ответить: "300 метров", вы, вероятно, поинтересуетесь: В какую погоду—холодную или теплую?

• В теплый день вершина Эйфелевой башни поднимается выше, чем в холодный, на кусочек, равный 12см и сделанный из железа, которое, впрочем, не стоит ни одного лишнего сантима.

15

Механические свойства твердых тел:

• Механические свойства характеризуют способность материала сопротивляться воздействию внешних сил.
• Прочность – способность материала сопротивляться разрушению под воздействием нагрузок.
• Пластичность – способность материала изменять форму и размер под действием внешних сил.
• Упругость – способность материала восстанавливать первоначальную форму и размер.
• Твердость – сопротивление твердого тела изменению формы (деформации)

Все эти свойства проявляются под действием статических сил (постоянных по величине и направлению)

15

Груз какой массы следует подвесить к стальному тросу длиной 2 м и диаметром 1 см, чтобы он удлинился на 1 мм? Модуль Юнга для стали Е = 2 х 10 11 Па.

А. 400 кг;

В. 600 кг;

Д. 800 кг. Б. 500 кг;

Г. 700 кг;

15

Для определения модуля упругости вещества образец площадью поперечного сечения

1 см 2 растягивают с силой

2 • 10 4 Н. При этом относительное удлинение образца оказывается равным 0,1%. Найдите по этим данным модуль упругости вещества образца.

А. 100 ГПа;

В. 200 ГПа;

Д. 300 ГПа. Б. 150 ГПа;

Г. 250 ГПа;

15

Использованные ресурсы:

А.А. Пинский, Г.Ю. Граковский. Физика. –М.: 2002.

Е.К.Филатов, физика 7 класс, экспериментальный учебник для общеобразовательных учебных заведению – 3 – изд. М: ВШМФ «Авангард», 2004 г

http://ask.yandex.ru/questions/i42835215.4039

http://alexander-kynin.boom.ru/TRIZ/EXPANSION/EXPANSION-R.htm

15