Види деформацій твердих тіл
ВЛАСТИВОСТІ ГАЗІВ, РІДИН, ТВЕРДИХ ТІЛ*
Урок № 17
Тема. Види деформацій твердих тіл
Мета: поглибити знання учнів про деформацію твердих тіл, розглянути види деформацій, ввести поняття абсолютного й відносного видовження.
Тип уроку: урок вивчення нового матеріалу.
ХІД УРОКУ
I. Актуалізація опорних знань
Фізичний диктант.
1. Кристали – це…
2. Монокристали – це…
3. Анізотропія кристалів – це…
4. Типи кристалів…
5. Вузол кристалічної решітки – це…
6. Тверді тіла зберігають…
II.
Якщо до твердого тіла прикласти силу, воно деформується, тобто змінює свій об’єм або форму, або й те, й інше.
У деяких випадках деформація твердого тіла зникає, як тільки припиняється дія сили, такі деформації називають пружними.
Прикладами пружних деформацій є деформації гумового шнура, гумки, сталевої пружини, сталевих кульок під час зіткнень.
Дослід: взяти пружину і розтягнути. Вона видовжилась, але якщо на неї більше не діяти, то вона повертається в попереднє положення.
Якщо деформація тіла залишається після припинення дії сили, то деформація називається пластичною.
Деформація – це зміна форми або об’єму тіла.
За характером поведінки після припинення дії зовнішніх сил деформації поділяються на:
А) пружні (зникають, тіло відновлює початкову форму);
Б) пластичні або залишкові (деформоване тіло не відновлює початкової форми).
За зміною форми тіла деформації поділяють на п’ять видів, які зводяться до перших трьох:
1. Розтяг (канати, троси, ланцюги, сухожилля).
2. Стиск (колони, стовпи, стіни, хребти).
3. Зсув (заклепки, шпонки, болти, м’язи).
4. Кручення = розтяг + зсув (свердла, шурупи, вали, шкіра).
5. Згин = розтяг + стиск (мости, панелі, балки, осі, кістки). Усередині зігнутого тіла є шар, який майже не зазнає зміни розмірів,- нейтральний шар. У разі його видалення:
1). Економиться матеріал.
2). Підвищується міцність конструкції внаслідок зменшення навантаження.
У сучасній техніці і в будівництві замість стрижнів і суцільних брусів використовують: труби, двотаврові балки, рейки, швелери, що полегшує конструкцію й економить матеріал. Сама природа наділила людину й тварину трубчатими кістками кінцівок, а злаки та деякі рослини – трубчастими стеблами.
Абсолютне й відносне видовження
Обмежимося деформацією розтягу або стискання. Величину деформації характеризують абсолютним видовженням? l:
Та відносним видовженням:
Де l, l0 – довжини відповідно деформованого й недеформованого стрижнів. У разі розтягу? l > 0, у разі стискання? l < 0.
У разі пружних деформацій сила пружності F і модуль видовження |?l| пов’язані співвідношенням, яке називається законом Гука:
Коефіцієнт k називається жорсткістю. Він характеризує механічні властивості даного зразка, тому що залежить не тільки від речовини, з якої зроблений цей зразок, але й від його розмірів.
Проте для інженерних розрахунків важливо знати величину, що є механічною характеристикою речовини, з якої зроблений даний зразок. Вона дозволить визначати сили пружності для різних зразків. Знайдемо, як залежить жорсткість стрижня від площі його поперечного перерізу та його довжини: 
де коефіцієнт Е характеризує вже речовину, з якої зроблений даний зразок. Цей коефіцієнт називається модулем пружності або модулем Юнга. Підставляючи до написаного вище рівняння закону Гука 
дістанемо:
Величина? = F/s називається механічним напруженням. Використовуючи її, можемо записати закон Гука у вигляді? = E|?|. За малих пружних деформацій механічне напруження прямо пропорційне відносному видовженню.
Досліди показують, що в разі збільшення відносного видовження залежність механічного напруження від відносного видовження стає складнішою. Розглянемо графік цієї залежності.
Максимальне значення напруження? п, за якого ще виконується закон Гука, називається границею пропорційності.
Максимальне значення напруження? пр, за якого деформація ще залишається пружною, називається границею пружності. Максимально можливе напруження називається границею міцності й позначається? м.
У разі подальшого видовження механічне напруження зменшується, тому що починається руйнування зразка.
Самостійна робота: коротко визначити властивості твердих тіл.
1. Пружність – властивість відновлювати свою форму і об’єм після припинення дії сили.
2. Пластичність – властивість зберігати деформацію.
3. Крихкість – властивість руйнуватися до виникнення помітних деформацій.
4. Міцність – здатність матеріалу протидіяти руйнуванню і залишковій деформації.
5. Запас міцності – число, яке показує, у скільки разів межа міцності перевищує допустиме напруження:
III. Узагальнення знань. Осмислення об’єктивних зв’язків
Розв’язування задач біля дошки з повним коментарем
1. Сталеву штабку шириною 0,16 м і товщиною 0,012 м розтягують силою 200 кН. З яким запасом міцності працює штабка, якщо границя міцності сталі, з якої вона виготовлена, дорівнює 4,2-108 Н/м2?
2. Який вантаж можна підвісити на сталевому тросі діаметром 3 см при запасі міцності, що дорівнює 10, якщо межа міцності 7-108 Н/м2?
3. Яка стеля міцніша: плоска чи склеписта? Матеріал стелі в обох випадках однаковий.
IV. Підсумок уроку
Я дізнався, що…
Тепер я можу…
На основі…
Згідно з законом…
Можливо, що тепер…
Отже,…
V. Домашнє завдання
Задача. Обчисліть модуль пружності для заліза, якщо відомо, що залізний дріт довжиною 1,5 м і з перерізом 10-6 м2 під дією сили в 200 Н видовжився на 1,5 мм.
(1 votes, average: 5.00 out of 5)
Loading...