Удлинение и жёсткость
Меняй небольшое удлинение и жёсткость пружины. Сравни полную длину с удлинением и силой на прикреплённый груз.
Схему можно прокрутить вбок. Все значения повторены в расчёте ниже.
Дополнительная линейная модель F = kx. Исходная длина 10 см; рассматривается пружина, остающаяся упругой на выбранном диапазоне. Стрелка показывает действие пружины на груз.
Деформация
Деформацией называют изменение формы или размеров тела. Растяжение, сжатие, изгиб и кручение — разные способы деформировать тело.
Упругая деформация исчезает после снятия нагрузки; при пластической остаётся заметное изменение формы. Реальный материал может вести себя упруго только до определённой нагрузки.
| Деформация | Пример |
|---|---|
| Растяжение | Удлинение пружины |
| Сжатие | Сжатая губка |
| Изгиб | Прогиб линейки |
| Кручение | Поворот концов стержня |
Деформация меняет форму или размеры тела.
Любая пружина всегда возвращается к прежней форме?
Нет. Слишком сильная нагрузка может вызвать остаточную деформацию или разрушение.
Восстанавливающее действие
Сила упругости возникает при деформации. В простых случаях она направлена так, чтобы уменьшить деформацию: растянутая пружина тянет концы друг к другу, сжатая — раздвигает их.
Микроскопическая причина связана с изменением взаимодействия частиц при изменении расстояний между ними. Сила не появляется из «запаса старания» пружины.
Растянутая пружина
Тянет прикреплённое тело к исходному положению
Сжатая пружина
Толкает прикреплённое тело к исходному положению
Сила упругости противодействует деформации в рассматриваемой простой модели.
Пружина всегда тянет?
Нет. Растянутая пружина тянет, а сжатая может толкать.
Пружина шариковой ручки
Рабочая пружина должна оставаться в пределах упругой деформации.
Santeri Viinamäki · CC BY-SA 4.0 · Источник. Без изменений.
Изображение временно недоступно. Ссылка на источник находится выше.
Пружинный прибор для измерения силы
Упругость позволяет связать деформацию с силой в измерительном приборе.
Briain · Public domain · Источник. Без изменений.
Изображение временно недоступно. Ссылка на источник находится выше.
Чем больше растяжение
Для многих пружин при небольших упругих деформациях сила пропорциональна удлинению. В модели используется Fупр = kx, где x — изменение длины, k — жёсткость. Это дополнительная количественная модель зависимости.
При k = 20 Н/м и x = 0,10 м сила равна 2 Н. Другая пружина может иметь иную жёсткость. Удлинение x не следует путать с полной длиной пружины.
Начальная длина
l₀
Удлинение
x = l − l₀
Малая упругая деформация
Fупр = kx
В пределах простой упругой модели большее удлинение даёт большую силу.
Если длина пружины 15 см вместо исходных 10 см, чему равно x?
Удлинение равно 5 см, или 0,05 м; не 15 см.
Опора тоже деформируется
Когда книга лежит на столе, стол слегка прогибается и действует на книгу вверх. Эта реакция опоры связана с упругими свойствами материалов.
Натянутая нить действует на груз вдоль нити. На схеме важно показывать силу на выбранное тело, а не смешивать действие пружины на груз с действием груза на пружину.
Нагрузка
Малая деформация опоры
Взаимодействие материала
Восстанавливающее действие
Тело на опоре
Сила со стороны опоры
Реакция опоры и натяжение подвеса связаны с деформацией.
Почему силу опоры называют нормальной?
Для гладкой поверхности её направление перпендикулярно поверхности; «нормаль» означает перпендикуляр.
Шесть выводов
Тест · 10 вопросовОдин правильный ответ в каждом вопросе
Сначала изучи модель и конспект. За каждый верный ответ — 0,5 балла, максимум — 5. После проверки откроются пояснения.
Учебный источник и иллюстрации
Основа: предоставленный учебник «Физика, 7 класс», § 23. Тема и содержание сверены с файлом «7 класс. Физика — § 23. Сила упругости.pdf». Объяснения, расчётные примеры и модели подготовлены для этого конспекта. Дополнительные зависимости в моделях отмечены отдельно.
Изображения загружаются непосредственно из интернета. Авторство и лицензии указаны под каждой иллюстрацией. Число частиц, размеры и цвета учебных схем условны.