Основные понятия и закономерности

Мы живем на поверхности твердого тела - земного шара, в сооружениях, построенных из твердых тел, - домах. Наше тело, хотя и содержит приблизительно 65% воды (мозг - 80%), тоже твердое. Орудия труда, машины также сделаны из твердых тел. Знать свойства твердых тел жизненно необходимо!

Твердые тела делятся на два основных вида: кристаллические и аморфные. Твердые тела сохраняют не только объем, но и форму.

Кристаллические тела - это твердые тела, атомы и молекулы которых занимают определенные, упорядоченные положения в пространстве. Примером кристаллических тел могут служить - алмазы, металлы, графит, лед и т.д.

Основные свойства кристаллических тел:

1. Имеют кристаллическую решётку.

2. Анизотропия (только для монокристаллов).

3. Имеют определенную температуру плавления.

Зависимость физических свойств (прочность, теплопроводность, светопроводность, тепловое расширение и т.д.) от направления внутри кристалла называют анизотропией.

Аморфные тела - это твердые тела, которые по своим физическим свойствам занимают промежуточное положение между жидкостями и кристаллическими телами. При высоких температурах они ведут себя как жидкости, при низких - как твердые тела. Примером аморфных тел могут служить - канифоль, смола, стекло, пластмассы и т.д.

Свойства аморфных тел:

Атомы и молекулы не имеют строго расположения в пространстве.

Изотропны. (все свойства во всех направлениях одинаковы)

Не имеют определенной температуры плавления.

Все твердые тела подвергаются деформациям. Деформацией называются изменение формы или объёма тела. Различают упругую и пластическую деформации.

Деформации, которые полностью исчезают после прекращения действия внешних сил, называются упругими.

Деформации, которые не исчезают после прекращения действия внешних сил, называются пластическими.

Виды упругой деформации:

Растяжение (сжатие)

характеризуются:

абсолютным удлинением

относительным удлинением

2. Сдвиг. Характеризуется углом сдвига.

Изгиб.

Кручение.

Первый и второй виды упругой деформации называются основными, так как изгиб и кручение представимы в комбинациях основных видов. Например, деформация изгиба представляет собой в верхних слоях тела растяжение, в нижних - сжатие. Кручение есть результат деформаций растяжения, сжатия и сдвига.

При деформациях в твердых телах возникает механическое напряжение. Механическим напряжением называют отношение модуля силы упругости, возникающей в теле при действии внешней силы, к площади поперечного сечения тела:

Закон Гука: При малых деформациях механическое напряжение прямо пропорционально относительному удлинению. Коэффициент пропорциональности, входящий в закон Гука называется модулем упругости или модулем Юнга. [6]

Решение задач

Задача 1. На сколько удлинится медная проволока длиной 3м и диаметром 0,12мм под действием гири весом 1,5Н? Деформацию считайте упругой.

Дано СИ Решение

Воспользуемся законом Гука, механическим напряжением

и относительным удлинением.

Сравним правые части закона Гука и механического напряжения, учтем при этом относительное удлинение и площадь, получим: Выразим из этого выражения искомую величину: Ответ: 3,3 мм