Деформация твердого тела. Деформация растяжения (сжатия). Закон Гука. Деформация сдвига

Сила упругости возникает в результате деформации тела и направлена в сторону, противоположную деформации.

При малых по сравнению с размерами тел деформациях сила упругости прямо пропорциональна величине абсолютной деформации тела. В проекции на направление деформирования сила упругости равна

,
где x – абсолютная деформация, k – коэффициент жесткости.

Этот закон был установлен экспериментально английским ученым Робертом Гуком и называется законом Гука

Сила упругости, возникающая при деформации тела, пропорциональна удлинению тела и направлена в сторону, противоположную направлению перемещений частиц тела при деформации.

Коэффициент пропорциональности в законе Гука называется жесткостью тела. Он зависит от формы и размеров тела и от материала, из которого оно изготовлено (уменьшается с увеличением длины и с уменьшением площади поперечного сечения).

В Си жесткость выражается в ньютонах на метр: .

Упругая сила стремится восстановить форму тела, подвергнутого деформации, и приложена к телу, которое эту деформацию вызывает.

Природа силы упругости электромагнитная, т.к. сила упругости возникает в результате стремления электромагнитных сил, действующих между атомами вещества, вернуть атомы вещества в исходное положение при изменении их взаимного положения в результате деформации.

Упругая реакция опоры, нити, подвеса – пассивная сила, действующая всегда перпендикулярно поверхности опоры.

Деформация сдвига (см. рис. 228, в) возникает в тех случаях, когда внешние силы, действующие на брус, расположены в параллельных плоскостях на очень малом расстоянии друг от друга и направлены в противоположные стороны. Характерным примером для сдвига является резание материалов ножницами, при этом происходит разрушение, называемое срезом. При деформациях сдвига возникают касательные напряжения, определяемые формулой τ_ср=Q:F.

При сдвиге справедлив закон Гука, который определяется таким образом:

τ=Gγ, где γ - относительный сдвиг, a G - величина модуля упругости при сдвиге.

Порядок расчета на прочность при сдвиге такой же, как и при расчетах при растяжении (сжатии).

Для определения [τ_ср] пользуются найденными из опыта закономерностями: для хрупких материалов [τ_ср]≈[σ_р]; для пластических материалов [τ_ср]≈0,5[σ_р].