Силы в природе: сила упругости

Министерство образования  республики Башкортостан

ГАОУ СПО «Уфимский  топливно-энергетический колледж»

 

 

 

 

 

                                                      Специальность 140101

 

 

 

Самостоятельная работа на тему:

«Силы в природе: сила упругости»

 

 

 

 

 

 

                                  Выполнила: Тухватуллина Диана

Группа: 1ПГ

                              Проверила: Биктимерова И.М.

 

 

 

 

 

Уфа -2013

Содержание:

1. Силы в природе__________________________________________ 3
2. Сила упругости__________________________________________ 4
3. Список использованных источников________________________7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Силы в природе 

Силой называется векторная величина, которая является причиной всякого движения как следствия взаимодействий тел. Взаимодействия бывают контактные, вызывающие деформации, и бесконтактные. Деформация — это изменение формы тела или отдельных его частей в результате взаимодействия.

В Международной системе  единиц (СИ) единица силы называется ньютон (Н). 1 Н равен силе, придающей эталонному телу массой 1 кг ускорение 1 м/с² в направлении действия силы. Прибор для измерения силы – динамометр.

Действие силы на тело зависит  от:

1. Величины прилагаемой силы;
2. Точки приложения силы;
3. Направления действия силы.

По своей природе силы бывают гравитационные, электромагнитные, слабые и сильные взаимодействия на полевом уровне.

 К гравитационным силам  относятся сила тяжести, вес  тела, сила тяготения. Гравитационные силы заметно проявляются в космических масштабах. Одним из проявлений гравитационных сил является свободное падение тел. Земля сообщает всем телам одно и то же ускорение, которое называют ускорением свободного падения g. Оно незначительно меняется в зависимости от географической широты. 

К электромагнитным силам  относятся сила упругости и сила трения. К взаимодействиям на полевом  уровне можно отнести такие силы как: сила Кулона, сила Ампера, сила Лоренца. Электромагнитные силы действуют между частицами, имеющими электрические заряды. Сильные и слабые взаимодействия проявляются внутри атомных ядер и в ядерных превращениях.

 

2.Силы упругости

Сила упругости — сила, возникающая при деформации тела и противодействующая этой деформации. В случае упругих деформаций является потенциальной. Сила упругости зависит только от изменения расстояний между взаимодействующими частями данного упругого тела. Работа силы упругости не зависит от формы траектории и при перемещении по замкнутой траектории равна нулю.

Сила упругости имеет  электромагнитную природу, являясь  макроскопическим проявлением межмолекулярного взаимодействия. В простейшем случае растяжения/сжатия тела сила упругости  направлена противоположно смещению частиц тела, перпендикулярно поверхности. Вектор силы противоположен направлению деформации тела (смещению его молекул).

Простейшим видом деформации является деформация растяжения или  сжатия.

При малых деформациях (|x| << l) сила упругости пропорциональна деформации тела и направлена в сторону, противоположную направлению перемещения частиц тела при деформации: Fупр =kх. Это соотношение выражает экспериментально установленный закон Гука Закон Гука: Сила упругости, возникающая в теле при его деформации растяжения или сжатия, пропорциональна абсолютному удлинению тела и направлена противоположно направлению перемещения частиц тела относительно других частиц при деформации. Где: k - коэффициент жесткости тела, измеряется в ньютонах на метр (Н/м). Коэффициент жесткости зависит от формы и размеров тела, а также от материала.

В физике закон Гука для  деформации растяжения или сжатия принято записывать в другой форме где: – относительная деформация; Е – модуль Юнга, который зависит только от свойств материала и не зависит от размеров и формы тела. Для различных материалов модуль Юнга меняется в широких пределах. Для стали, например, E2·1011 Н/м2, а для резины E2·106 Н/м2; – механическое напряжение.

При деформации изгиба Fупр = - mg и Fупр = - Kx.

Следовательно, можно найти  коэффициент жесткости: k =

В технике часто применяются  спиралеобразные пружины. При растяжении или сжатии пружин возникают упругие  силы, которые также подчиняются  закону Гука, возникают деформации кручения и изгиба.

 

 Также примером силы упругости является сила, возникающая при растяжении пружины.lₒ – длина пружины в недеформированном состоянии; Δl – удлинение пружины (величина деформации); Fвнеш – внешняя сила вызывающая деформацию; Fупр – сила упругости, возникающая в пружине. По закону Гука: Fупр=-kΔl, где k – коэффициент пропорциональности, называемый коэффициентом жесткости пружины. Знак минус указывает на то, что сила упругости направлена в сторону противоположную деформации.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список использованных источников:

1. В.А.Касьянов «Физика. Профильный уровень»
2. Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б., Сотский Н.Н. Физика-10 , М.«Просвещение», 2007 г.
3. Тихомирова С.А., Яворский Б.М. Физика-10.- М.: Мнемозина,2008.