Сила упругости. Вес тела

Разработала: Владимирова В. А.Педагог дополнительного образованияГБОУДО ЦДТ Замоскворечье

Твёрдые тела под действием силы способны изменять свои форму и (или) объём. Взяв за концы металлическую линейку, можно её согнуть. Если перестать прикладывать силу, то линейка восстановит свою форму.
Если сжать пружину , то она сократится, т.е. деформируется. При прекращении действия силы пружина вернётся в первоначальное состояние.
Изменение формы или объёма тела при действии на него силы называется деформацией. Если длина пружины в
недеформированном состоянии l0,
а после растяжения l, то изменение её
длины Δl = l – l0 = х, где l или
х – удлинение или деформация.

При деформации в теле возникает сила упругости, которая стремится вернуть его в первоначальное состояние. Сила упругости (Fупр.) — сила, возникающая в теле в результате деформации, стремящаяся вернуть тело в первоначальное состояние и направленная в сторону, противоположную деформации (удлинению).

Так, при растяжении пружины эта сила
направлена влево к положению
равновесия, при сжатии пружины сила
упругости направлена вправо .Если
тело после прекращения действия
силы принимает первоначальную
форму, то деформация является упругой.
Если тело после
прекращения действия силы не
принимает первоначальную форму, то
деформация является неупругой или
пластической.

При малых деформациях сила упругости прямо пропорциональна удлинению. Поскольку сила упругости и деформация направлены в противоположные стороны, то Fупр = –kΔl, где k — коэффициент пропорциональности, называемый жёсткостью тела. Жёсткость зависит от размеров тела, его формы, материала, из которого сделано тело.
Единица жёсткости
Формула Fупр = –kΔl выражает закон Гука: сила упругости, возникающая при деформации тела, прямо пропорциональна удлинению (деформации) тела и направлена в сторону, противоположную деформации.
Важно понимать, что закон Гука справедлив при малых деформациях.
На рисунке приведён график зависимости модуля силы упругости от деформации. По графику можно
определить жёсткость тела. Например,
значению деформации 2 см соответствует
сила упругости 4 Н. Разделив 4 Н на 0,02 м,
получим k = 200 Н/м.

Предположим, что на полу стоит ящик. На него действует сила тяжести Fт, направленная вертикально вниз. Ящик, взаимодействуя с полом, деформирует его и деформируется сам. И на ящик, и на пол действует сила упругости, характеризующая их взаимодействие. Сила упругости N, действующая на ящик со стороны пола, приложена к ящику и направлена вертикально вверх; сила упругости Р, действующая со стороны ящика на пол, приложена к полу и направлена вертикально вниз. Эта сила называется весом тела.
Весом тела называют силу, с
которой тело, вследствие его
притяжения к Земле, действует на
опору или подвес.
В отличие от силы тяжести, вес тела приложен не к телу, а к опоре или к подвесу. Вес — это сила упругости.

Если тело покоится или движется равномерно и прямолинейно, вес тела численно равен силе тяжести, действующей на него: P = mg. На тело, движущееся вместе с платформой или
подвесом вертикально вниз с
ускорением а, направленным в сторону движения, действуют сила тяжести Fт и
сила упругости N со стороны опоры или
подвеса.
Второй закон Ньютона для этой ситуации:
mg + N = ma.
В проекциях на координатную ось: mg – N = ma
или N = mg – ma. Поскольку N = P, P = m(g – a).

Если тело движется вниз вместе с опорой или
подвесом с ускорением, направленным так же, как и ускорение свободного падения, то его вес меньше силы тяжести, т.е.меньше веса покоящегося тела. Если ускорение тела равно ускорению свободного падения a = g, то тело находится в состоянии невесомости.
В таком состоянии находится космонавт в космическом корабле, прыгун с трамплина во
время полёта вниз.
На тело, движущееся вместе с платфорой или
подвесом вертикально вверх с ускорением а, направленным в сторону движения, действуют сила тяжести Fт и сила упругости N со стороны опоры или подвеса.
Второй закон Ньютона для этой ситуации: mg + N = ma.
В проекциях на координатную ось: mg – N = –ma или N = mg + ma. Поскольку N = P, P = m(g + a).

Таким образом, если тело движется вверх вместе с опорой или подвесом с ускорением, направленным противоположно ускорению свободного падения, то его вес больше силы тяжести, т.е. больше веса покоящегося тела. Увеличение веса тела при движении с ускорением называют перегрузкой. Перегрузки испытывают космонавт в космическом корабле, пилот реактивного самолёта при взлёте и посадке.

Ключи к решению:

Домашнее задание

Спасибо за внимание!