1. При каких условиях возникает деформация тела?
Деформация тела возникает, когда на него действует внешняя сила, изменяющая его форму или размеры. Это может быть сила сжатия, растяжения, изгиба, кручения или сдвига.
2. Что является причиной возникновения силы упругости?
Причиной возникновения силы упругости является изменение взаимного расположения молекул или атомов тела при деформации. Сила упругости стремится вернуть тело в исходное состояние, то есть восстановить его первоначальные размеры и форму.
3. Сформулируйте закон Гука. Запишите формулу, выражающую этот закон.
Закон Гука утверждает, что сила упругости, возникающая в теле при его деформации, прямо пропорциональна величине деформации в пределах упругости тела. Формула закона Гука выглядит следующим образом:
F = -k * x, где F — сила упругости, k — коэффициент жесткости (характеризующий упругие свойства материала), x — величина деформации.
4. При каких условиях выполняется закон Гука?
Закон Гука выполняется в пределах упругой деформации, то есть до тех пор, пока деформация тела обратима и не вызывает разрушения структуры материала. После выхода за пределы упругости тело начинает деформироваться пластически.
5. Деформация какого тела вызывает появление силы упругости в следующих случаях: мальчик нагибает ветку яблони; кубик находится в равновесии на наклонной плоскости; силу измеряют динамометром?
В случаях:
когда мальчик нагибает ветку яблони, деформируется ветка; когда кубик находится на наклонной плоскости, сила упругости возникает в точках соприкосновения кубика с плоскостью, деформируется поверхность плоскости и кубика; когда измеряют силу динамометром, деформируется пружина динамометра.
Подумайте, при каких условиях одно и то же тело может испытывать упругую деформацию и при каких — пластическую. Предложите опыт, подтверждающий ваш вывод.
Одно и то же тело может испытывать упругую деформацию при небольших приложенных силах, когда деформация исчезает после снятия нагрузки. При увеличении нагрузки деформация становится пластической, и тело не восстанавливает исходные размеры.
Для подтверждения этого вывода можно провести следующий опыт: возьмите пружину и начните медленно её растягивать. Сначала она будет возвращаться в исходное состояние (упругая деформация). Если же сильно растянуть пружину, она потеряет свою форму и уже не вернётся в первоначальное состояние, демонстрируя пластическую деформацию.
УПРАЖНЕНИЕ 17
1. Изобразите силы, действующие на вазу, стоящую на столе; действующие на металлический шарик, подвешенный на нити.
На вазу, стоящую на столе, действуют две основные силы: сила тяжести, направленная вертикально вниз, и сила реакции опоры, направленная вертикально вверх. Эти силы уравновешивают друг друга, поэтому ваза остаётся в покое. На металлический шарик, подвешенный на нити, действуют сила тяжести, направленная вниз, и сила натяжения нити, направленная вверх. Эти силы также находятся в равновесии, если шарик покоится.
2. Ученик проводил исследование по изучению зависимости деформации пружины от приложенной к ней силы. Подвешивая к пружине грузы известной массы, он измерял растяжение (деформацию) пружины. По результатам опыта ученик составил таблицу.
Постройте график зависимости деформации пружины от модуля приложенной к ней силы с учётом абсолютной погрешности измерения ∆x = 1 мм.
Смотри вложение.
Вот график зависимости деформации пружины от приложенной силы с учётом абсолютной погрешности. Погрешность в измерениях составляет 0,1 см (или 1 мм), и на графике видно, как она отображена для каждой точки в виде отрезков. Линия через точки отражает зависимость деформации от силы, и измеренные значения выглядят достаточно точно.
3. Груз какой массы нужно подвесить к пружине жёсткостью 80 Н/м, чтобы растянуть её на 6 см?
Чтобы найти массу груза, который нужно подвесить к пружине для её растяжения на 6 см, используем закон Гука: F = k * x, где F — сила, действующая на пружину, k — жёсткость пружины, x — величина деформации.
Сила, действующая на пружину, вызвана весом груза: F = m * g, где m — масса груза, g — ускорение свободного падения (около 10 м/с²).
Итак, m * g = k * x. Тогда: m = k * x / g = (80 Н/м * 0,06 м) / 10 м/с² = 0,48 кг.
Таким образом, масса груза должна быть 0,48 кг.
4. Электровоз толкает вагон массой 20 т, при этом буферная пружина сжимается на 8 см. С каким ускорением будет двигаться вагон, если жёсткость пружины 50 000 Н/м?
Для определения ускорения вагона используем второй закон Ньютона: F = m * a, где F — сила, действующая на вагон, m — масса вагона, a — его ускорение. Сила F, действующая на вагон, создаётся буферной пружиной. По закону Гука: F = k * x, где k — жёсткость пружины, x — сжатие пружины.
Итак: a = F / m = (k * x) / m = (50 000 Н/м * 0,08 м) / (20 000 кг) = 0,2 м/с².
Таким образом, вагон будет двигаться с ускорением 0,2 м/с².
5. С каким ускорением движутся грузы (рис. 51), если их массы одинаковы? Трение в системе отсутствует, Рис. 51 нить считать невесомой и нерастяжимой.
В случае с одинаковыми грузами на рисунке, если пренебречь трением и считать нить невесомой и нерастяжимой, то грузы будут двигаться с одинаковыми ускорениями. Система грузов действует как одна целая система, и ускорение для каждого груза будет одинаковым.