Деформации твердого тела

Деформация, это изменение размеров и формы тела под действием каких-то сил. Деформация называется упругой, если после прекращения действия внешних сил тело принимает первоначальные размеры и форму. Деформации, которые сохраняются в теле после прекращения действия внешних сил, называются пластическими или остаточными.

Рис. 24. Некоторые виды деформаций твердых тел: 1 – деформация растяжения; 2 – деформация сдвига; 3 – деформация всестороннего сжатия.

d:\Program Files\Physicon\Open Physics 2.5 part 1\design\images\Fwd_h.gifd:\Program Files\Physicon\Open Physics 2.5 part 1\design\images\Bwd_h.gifd:\Program Files\Physicon\Open Physics 2.5 part 1\design\images\Fwd_h.gifd:\Program Files\Physicon\Open Physics 2.5 part 1\design\images\Bwd_h.gifd:\Program Files\Physicon\Open Physics 2.5 part 1\design\images\Fwd_h.gifd:\Program Files\Physicon\Open Physics 2.5 part 1\design\images\Bwd_h.gifd:\Program Files\Physicon\Open Physics 2.5 part 1\design\images\Fwd_h.gifd:\Program Files\Physicon\Open Physics 2.5 part 1\design\images\Bwd_h.gifd:\Program Files\Physicon\Open Physics 2.5 part 1\design\images\Fwd_h.gifd:\Program Files\Physicon\Open Physics 2.5 part 1\design\images\Bwd_h.gif Деформация это результат изменения межатомных расстояний и перегруппировки блоков атомов. d:\Program Files\Physicon\Open Physics 2.5 part 1\design\images\Fwd_h.gifd:\Program Files\Physicon\Open Physics 2.5 part 1\design\images\Bwd_h.gif При деформации тела возникает сила, которая стремится восстановить прежние размеры и форму тела. Эта сила возникает вследствие электромагнитного взаимодействия между атомами и молекулами вещества. Ее называют силой упругости.

Рис. 25. Деформация растяжения (x > 0) и сжатия (x < 0). Внешняя сила

F = - F _упр.

Простейшим видом деформации является деформация растяжения или сжатия. Все виды деформации (растяжение, сдвиг, изгиб, кручение) сводятся к одновременно происходящим деформациям растяжения (сжатия) и сдвига. Возьмем однородный стержень длиной l и площадью поперечного сечения S, к концам которого приложены направленные вдоль его оси силы F₁ и F₂ (F₁=F₂ ), в результате чего длина стержня меняется на величину D l. Сила, действующая на единицу площади поперечного сечения, называется напряжением:

s = F/S. (5.1).

Продольная деформация e = D l / l, (5.2).

а относительное поперечное растяжение (сжатие) e¹ = Dd/d, (5.3)

где l - длина стержня, D l - изменение длины, d -толщина стержня, Dd -изменение толщины. Деформации e и e¹ всегда имеют разные знаки (при растяжении D l -- положительно, а Dd - отрицательно, при сжатии - наоборот). Из опытов вытекает взаимосвязь e¹ = -me, (5.4)

где m - положительный коэффициент, зависящий от свойств материала, называемый коэффициентом Пуассона. Силы, возникающие в теле при его упругой деформации и направленные против направления смещения частиц тела, вызываемого деформацией, называют силами упругости. Силы упругости по своей природе являются электромагнитными силами. Связано это с тем, что любое тело состоит из атомов и молекул, в состав которых входят частицы, обладающие электрическими зарядами. В твердом теле силы отталкивания одноименных зарядов и притяжения разноименных электрических зарядов уравновешивают друг друга. В результате деформации взаимное положение атомов и молекул изменяется, и электрические силы стремятся восстановить первоначальное положение, вследствие чего и возникает сила упругости.