Упругость. Тело из любого материала при малых деформациях ведёт себя, как упругое. Его размеры и форма восстанавливаются при снятии нагрузки. В то же время все тела в той или иной мере могут испытывать пластические деформации.
Механические свойства материалов разнообразны. Такие материалы, как резина или сталь обнаруживают упругие свойства при сравнительно больших напряжениях и деформациях. Для стали, например, закон Гука выполняется вплоть до e = 1%, а для резины - до десятков процентов. Поэтому такие материалы называют упругими.
Пластичность. У мокрой глины, пластилина или свинца область упругих деформаций мала. Материалы, у которых незначительные нагрузки вызывают пластические деформации, называют пластичными.
Деление материалов на упругие и пластичные в значительной мере условно. В зависимости от возникающих напряжений один и тот же материал будет вести себя или как упругий, или как пластичный. Так, при очень больших напряжениях сталь обнаруживает пластичные свойства. Это широко используют при штамповке стальных изделий с помощью пресса, создающего огромную нагрузку.
Холодная сталь или железо с трудом поддаются ковке молотом. Но после сильного нагрева им легко придать посредствам ковки любую форму. Свинец пластичный и при комнатной температуре, но приобретает ярко выраженные упругие свойства, если его охладить до температуры ниже -100 C0.
Хрупкость. Большое значение на практике имеет свойство твёрдых тел, называемое хрупкостью. Материал называют хрупким, если он разрушается при небольших деформациях. Изделия из стекла и фарфора хрупкие, так как они разбиваются на куски при падении на пол даже с небольшой высоты. Чугун, мрамор, янтарь также обладают повышенной хрупкостью, и, наоборот, сталь, медь, свинец не являются хрупкими.
|
|
У всех хрупких материалов напряжение очень быстро растёт с увеличением деформации, они разрушаются при весьма малых деформациях. Так, чугун разрушается при относительном удлинении e » 0,45%. У стали же при e » 0,45% деформация остаётся упругой и разрушение происходит при e » 15%.
Пластичные свойства у хрупких материалов практически не проявляются.
Даны более или менее точные определения упругости, пластичности и хрупкости материалов. Мы теперь лучше представляем, что обозначают эти слова, нередко встречающиеся в обиходной жизни.
ПРИМЕР РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ
1. Плуг сцеплен с трактором стальным тросом. Допустимое напряжение материала троса s = 20 ГПа. Какой должна быть площадь поперечного сечения троса, если сопротивление почвы движению плуга равно1,6×105 H?
Дано: Си: Решение:
F = 1,6×105Н S = F/s
s = 20 ГПа 20 000 000 000 S = 1,6/200000=8×10-6
S = 8×10-6
S -?
2. Каким должен быть модуль силы, приложенной к стержню вдоль его оси, чтобы в стержне возникло напряжение 1,5×108 Па? Диаметр стержня равен 0,4см.
Дано: Решение:
d = 0,0004м. S = p×R2=p×(d/2)2=p×(0,0002)2=p×(0,00000004)= p×4×10-8;
s = 1,5×108Па F = s×S;
F -? F = 1,5×108×p×4×10-8= 6p
3. Какое напряжение возникает у основания кирпичной стены высотой 20м? Плотность кирпича равна 1800 кг/м2. Одинаковой ли должна быть прочность кирпичей у основания стены и в верхней её части?
 |
Дано: Решение:
g»10 s = F/S;
h0=0м F = mg = hspg;
h1=20м s = hSpg/S = hpg;
r=1800кг/см3 s1 = h1pg » 20×1800×10 » 360000 » 360 кПа;
|
|
s2 = h0pg » 0×1800×10 = 0 Па.
s1 -?
Ответ: 1) напряжение у основания стены » 360 кПа.
2) неодинаковое, т.к. в верхней части напряжение нулевое.
4. Какую наименьшую длину должна иметь свободно подвешенная за один конец стальная проволока, чтобы она разорвалась под действием силы тяжести? Предел прочности стали равен 3,2×108 Па, плотность - 7800кг/м3.
 |
Дано: Решение:
s = 3,2×108 Па F = mg = rlsg;
r = 7800 кг/м3 s = F/S;
g » 10 F = s×s
rlsg = s×s |:s
l -? rlg = s;
l = s/rg = 3,2×108/7800×10 = 3,2×105/78 см.
5. Под действием силы 100Н проволока длиной 5м и площадью поперечного сечения 2,5 мм2 удлинилась на 1мм. Определите напряжение, испытываемое проволокой, и модуль Юнга.
 |  |
Дано: Си: Решение:
F = 100Н s = F/S
l0 = 5м s = 100/0,0000025 = 40000000 = 4×107 Па;
S = 2,5мм2 0,0000025м2 E = (F×l0)/(S×|Dl|) = (100×5)/(0,0000025×1) =
Dl = 1мм = 500/0,0000025 = 200000000 = 2×108 Па;
s -?
E -?
Ответ: s = 4×107; E = 2×108.
6. Железобетонная колонна сжимается силой F. Пологая, что модуль Юнга бетона Eб составляет 1/10 модуля Юнга железа Еж, а площадь поперечного сечения железа составляет 1/20 площади поперечного сечения бетона. Найти, какая часть нагрузки приходится на бетон.
 |
Дано: Решение:
F F = s×S = E×|e|×S
Eб = 1/10×Еж Fб = Еб×e×Sб;
Sж = 1/20×Sб Fж = Еж×e×Sж;
Fб/Fж = (Еб×e×Sб)/ (10Еб×e×1/20×Sб) = 2
Fб/Fж -?
Ответ: 2
Чем сложнее устроено твёрдое тело, тем труднее выявить коллективные эффекты. Особенно сложно устроены органические твёрдые тела, хотя и в них имеется определённая структура. Как именно возникает здесь упорядочение, к каким коллективным свойствам оно приводит - на эти вопросы науке ещё предстоит ответить. Но ясно, что именно на этом пути лежит ключ к понимаю тайн живой природы.
|
|
Список литературы:
-“Физика X” (Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев) 1990г.
-“Энциклопедический словарь юного физика” (В.А.Чуянов) 1984г.