Уровень — 10 класс · 6 слайдов

Силы упругости и деформация

• Механическая деформация: реакция твердых тел на внешние силовые воздействия • Электромагнитная природа сил упругости на микроскопическом уровне • Закон Роберта Гука, коэффициент жесткости и физический смысл графика зависимости силы от удлинения Тема — Сила упругости и закон Гука Уровень — 10 класс

Первый слайд: Силы упругости и деформацияСмотреть слайды

Готовая презентация

6 слайдов · PDF и PowerPoint

Скачать PDFСкачать PowerPoint

Бесплатно после входа.

Собрать свою презентацию по этой теме →

В этой презентации

Слайд 2Понятие и классификация деформацийСлайд 3Основные виды упругих деформацийСлайд 6Закон Гука для малых одномерных деформаций

Слайды и пояснения

Показать план

План презентации

  1. Силы упругости и деформация
  2. Понятие и классификация деформаций
  3. Основные виды упругих деформаций
  4. Микроскопическая природа силы упругости
  5. Сила упругости: векторные свойства и частные случаи
  6. Закон Гука для малых одномерных деформаций

1. Силы упругости и деформация

• Механическая деформация: реакция твердых тел на внешние силовые воздействия • Электромагнитная природа сил упругости на микроскопическом уровне • Закон Роберта Гука, коэффициент жесткости и физический смысл графика зависимости силы от удлинения Тема — Сила упругости и закон Гука Уровень — 10 класс

Подсказка для выступления

Приветствую десятиклассников. Сегодня мы детально разберем один из фундаментальных видов взаимодействий в механике — силы упругости. Мы выясним, что происходит с кристаллической решеткой при нагрузке, сформулируем закон Гука в векторной и скалярной форме, научимся считывать жесткость тел по графику и разберем границы применимости этой модели.

2. Понятие и классификация деформаций

Понятие и классификация деформаций

• Деформация — изменение взаимного расположения частиц тела, приводящее к изменению его формы или геометрических размеров под действием внешних сил • Упругая деформация: полностью исчезает после снятия внешней нагрузки; тело самопроизвольно восстанавливает исходную форму и объем • Пластическая (неупругая) деформация: сохраняется после прекращения силового воздействия из-за необратимых смещений атомных слоев Упругая — Форма восстанавливается Пластическая — Остаточная деформация

Подсказка для выступления

Любое реальное тело под действием сил меняет свои размеры и форму. Обратите внимание на принципиальную разницу: если после снятия нагрузки пружина или стальной стержень возвращаются в исходное состояние, мы имеем дело с упругой деформацией. Если же форма изменилась необратимо (как у пластилина, воска или согнутого гвоздя), деформация является пластической.

3. Основные виды упругих деформаций

Основные виды упругих деформаций

• Растяжение и сжатие: расстояние между поперечными слоями частиц увеличивается либо уменьшается вдоль оси действия силы • Сдвиг: параллельные слои кристаллической решетки смещаются относительно друг друга под действием касательной нагрузки • Изгиб и кручение: сложные деформации, сводящиеся к неоднородным комбинациям локального растяжения, сжатия и послойного сдвига Стержень Параллелепипед Балка Вал

Подсказка для выступления

В механике выделяют пять базовых видов деформации. Растяжение и сжатие являются осевыми (продольными). Сдвиг возникает, например, при срезе болта. Изгиб балки или моста — это комбинация: верхние волокна сжимаются, нижние растягиваются, а нейтральный слой сохраняет длину. Кручение вала двигателя представляет собой дифференциальный сдвиг концентрических слоев.

4. Микроскопическая природа силы упругости

Микроскопическая природа силы упругости

• Электромагнитное происхождение: сила упругости обусловлена взаимодействием кулоновских зарядов ядер и электронных оболочек соседних атомов • Равновесное расстояние $r_0$: точка баланса, где силы межмолекулярного притяжения и отталкивания равны по модулю • При растяжении ($r > r_0$) преобладают силы притяжения, стремящиеся сблизить атомы • При сжатии ($r < r_0$) резко нарастают силы отталкивания электронных оболочек r < r0 — Сила отталкивания r = r0 — F_рез = 0 (Равновесие) r > r0 — Сила притяжения

Подсказка для выступления

Подчеркнем фундаментальный факт: в классической механике силы упругости и трения имеют чисто электромагнитную природу. В ненагруженном кристалле атомы находятся в минимуме потенциальной энергии на расстоянии r0. Как только мы деформируем образец, баланс нарушается, и результирующая сила межмолекулярного взаимодействия стремится вернуть атомы в равновесное положение.

5. Сила упругости: векторные свойства и частные случаи

Сила упругости: векторные свойства и частные случаи

• Определение: сила упругости возникает при деформации тела и направлена противоположно вектору смещения его частиц • Сила нормальной реакции опоры $\vec{N}$: частный случай упругости при сжатии опоры; всегда направлена перпендикулярно контактной поверхности • Сила натяжения подвеса/нити $\vec{T}$: сила упругости при растяжении подвеса; направлена вдоль продольной оси нити к точке закрепления Опора — N Нить — T

Подсказка для выступления

Важно помнить о правиле направления: сила упругости всегда направлена против направления деформации и смещения частиц. Когда мы кладем груз на стол, микродеформация стола порождает силу реакции опоры N вверх. Когда подвешиваем груз к нити или пружине, возникает сила натяжения T, направленная вдоль нити вверх, уравновешивающая силу тяжести.

6. Закон Гука для малых одномерных деформаций

Закон Гука для малых одномерных деформаций

• Формулировка: при малых упругих деформациях модуль силы упругости прямо пропорционален величине абсолютного удлинения тела • Формула модуля силы: $F_{упр} = k |\Delta l| = k |x|$, где $\Delta l = l - l_0$ — изменение длины • Скалярная форма через проекцию на ось $OX$: $F_{упр, x} = -k x$ • Знак «минус» математически выражает стремление силы вернуть деформированное тело в положение равновесия ($x = 0$) Закон Гука — F_упр,x = -k · x 1 груз — удлинение δ 2 груза — удлинение 2δ

Подсказка для выступления

Закон Гука был экспериментально открыт Робертом Гуком в 1660 году. Обратите внимание на две формы записи. В задачах на статику мы часто используем модуль F = k * Delta l. Но в динамике и при анализе колебаний принципиален знак минус: проекция силы упругости противоположна по знаку координате смещения конца пружины.

Источники