Деформация твёрдых тел. Виды деформации

на прошлом уроке мы с вами познакомились со строением кристаллов с их основными свойствами а сегодня будем изучать то как форма кристаллов меняется под действием внешней силой речь пойдет о деформации твердых тел тема урока деформации твердых тел . классификация видов деформации классификация видов деформацией домашнее задание на завтра конспект стримя восклицательными знаками то есть я вам расскажу больше чем учебники ну а по учебнику landsberg параграфы с 278 по 283 двести семьдесят восемь тире 283 это короткие параграфы ну и задачи лагерь в году решить следующие задачи задачи попроще 5556 и 59 и задача поинтересней 520 и 523 записали а теперь слушайте что вы не слышали деформации в самом слове уже содержится расшифровка этого понятия что-то связанное с формой представьте себе что вы гончар делаете глиняную посуду на гончарном круге вы сделали из глины допустим как горшок и поставили его перед обжигом он должен высохнуть и оказывается что после того как горшок высыхает он скукоживается его объем уменьшается это деформация представьте себе другую ситуацию биметаллическая пластина помните о восьмом классе мы с вами изучали что это такое это два металла 2 металлических пластин и с клепаные вместе заклепками одна из например цинка 2 из стали уценка коэффициент линейного расширения больше чем у стали заметным поэтому если такую пластину нагреть то длина цинковой половинки увеличится больше чем длина стальной половинки и поскольку они между собой соединены то что произойдет с пластиной она изогнется это деформация по действия нагрева мы с вами будем изучать деформацию под действием вне не силу я прикладываю внешнюю силу вызываем деформацию так что же такое деформация это любое изменение формы и объема тела запишем определение деформацией называется любое изменение деформацией называется любое изменение формы и объема тела деформации называется любое изменение формы и объема тела любое изменение формы и объема тела мы с вами будем изучать деформацию под действием внешней силы будем ли назвать где формирующая сила давайте исходить из того что мы узнали на прошлых уроках мы с вами знаем что кристаллическое тело будет речи и сейчас у кристаллических телах хотя все что сказано в принципе можно использовать и для мозга кристаллическом теле атомы находятся в положениях равновесия если мы попытаемся увеличить расстояние между атомами то есть если мы попытаемся растянуть тело-то между этими атомами начинают проявлять себя силы притяжения все тело можно представить себе как множество цепочек атомов и когда мы тело растягиваем между этими цепочками между атомами в каждой цепочки возникают силы притяжения каждая цепочка страница сократится но такие цепочки соединены параллельно и все тело состоит из множества таких цепочек и вот эти силы взаимодействия атомов сины взаимного притяжения складываясь дают нам некую силу которая приложена к моим рукам в данном случае когда я пытаюсь растянуть пружину приложена к моим рукам и называется она как сила упругости то сила упругости это равнодействующей тех сил межмолекулярного взаимодействия которые появляются при деформации еще раз обратим внимание сила упругости вследствие деформации с деформация причина сила упругости следствие может быть так вы можете возразить но пола греть как же так вы же вот деформацию вызывайте какой-то внешней силой правильно но внешние силы может не быть сил упругости при этом будет вот смотрите если я линейку сейчас вот так вот изогнут и после этого ее отпущу деформирующие силы останется нет если я ее отпустил на линейка начнет двигаться с ускорением под действием чему под действием сил упругости значит деформация осталась она не успела уйти когда я убрал руку и под действием в результате этой деформации сила упругости возникла который возвращает линейку к положению равновесия и так помню еще раз подчеркиваю деформация причина сил упругости следствие второе раз уж мы заговорили о молекулярном строении вещества каждый атом вещества находится в своем положении равновесия из-за теплового движения ум колеблется там вокруг положение равновесия но в целом неподвижен он находится в том месте где его потенциальная энергия минимально мы называем это потенциальная яма у каждого атома есть своя персональная потенциальная яма которая образована с соседними атомами если мы растягиваем например тело-то атомы покидают свое положение равновесие расстояние между ними увеличивается и они чуть-чуть выходят от серединки своей потенциальной ямы но остаются в ней когда мы перестаём действовать на тело отпускаем его атомы возвращаются в свои положи на весь и каждый по самую потенциальную яму где он до этого находился что при этом произойдет с формой тела если каждый атом вернулся в свое положение равновесия она полностью восстановится такая деформация называется абсолютно упругой давайте запишем определение деформация при которой тело полностью восстанавливает свою форму деформация при которой тело полностью восстанавливает свою форму после прекращения действия деформирующий силы полностью восстанавливает свою форму после прекращения действия деформирующие силой называется абсолютно упругой или просто у папы называется абсолютно упругой и просто итак деформации бывает упругая вот например упругой деформации линейки я ее немножечко разогнал согнул она разгибается полностью восстанавливается в форму а теперь рассмотрим другой случай допустим деформация настолько сильная что атомы покинули свои потенциальные ямы по крайней мере некоторые информация настолько что там из одного положения равновесия перескочил в какое-то другое положение равновесия если он нашел для новое положение равновесия то он там и останется там минимум его потенциальной энергии значит если мы прекратим действовать силой растягивающие и сжимающие сгибающие тело то она уже свою форму не восстановит потому что там их в прежнее потенциальной ямы не вернуться такая деформация называется пластической запишем определение деформация при которой тело полностью сохраняет новую форму деформация при которой тело полностью сохраняет свою новую форму после прекращения действия деформирующий силой полностью сохраняет свою форму после прекращения действия формирующей силой называется пластической деформация при которой тело полностью восстанавливается минуты полностью сохраняет свою новую форму после прекращения действия деформирующий силы называется пластической так вот это на самом деле два крайних случая реальность она всегда между этими двумя состояниями это модели как не бывает абсолютно черного цвета они не абсолютно белого не бывает точно так же не бывает абсолютно упругой и абсолютно пластической деформации если формация малая то ее можно считать абсолютно упругой мы не замечаем чтобы тело не возвращалась в свое прежнее состояние чтобы она что она не восстанавливает свои формы до конца хотя он и ребята школьники многие могут так согнуть эту линейку что она уже потом полностью свою форму не восстановлен или если мы возьмем кусочек пластилина если его согнуть он свою новую форму сохраняем это пластическая деформация отсюда и название пластилин но на самом деле если деформировать даже это пластилин едва-едва то можно заметить что он частично свою форму восстанавливает очень ярко какая частичная упругая частично пластическая деформация проявляется вот на такой линейки линейка не ломай специально для школьников сделано чтобы они могли себя проявить я ее сгинаю она на первых порах сохраняется в деформацию но постепенно выравнивается она нет вот сейчас я ее отпущу она не будет в такой форме она чуть-чуть разогнулась но не полностью вот эта реальность между абсолютно упругой и пластической деформации это самое интересное зато вот эти два вида деформации самые простые то есть они более всего поддаются изучению поэтому мы с вами сегодняшний урок посвятим исключительно упругой деформации то что вам рассказал это уже один из видов классификации деформации информации можно делить на упреки пластически и какие-то промежуточные а теперь второй вид классификации по характеру изменения формы тела классификация по характеру изменения формы тела классификация деформации по характеру изменения формы тела тут мы поставим 1 римская а здесь мы поставим 2 классификация на упругие пластические это один вид классификации а по характеру изменения формы тела второй вид 1 простейший вид деформации растяжения черточка с сжатия растяжение-сжатие давайте нарисуем как выглядит деформации растяжения и сжатия на самом деле растяжение-сжатие то одно и то же с точностью до знака поэтому мы будем рисовать деформацию растяжения уезжать или в к себе представить пусть у нас имеются стержень один конец которого закреплен на этот стержень с другого конца мы будем действовать какой-то силой эту силу я буду обозначать пунктиром под действием этой силы стержень растянется вот эта сила f между атомами начнут проявлять себя силы притяжения и поэтому стержень своим концом будет то тело которое сообщила ему эту силу тянуть в противоположную сторону по третьему закона мету это и будет та самая сила которую мы называем силой упругости она по модулю buy точно такое же если стержень и подвижен вот так будет пытаться вернуть стержень в прежнее положение возвратить его форму напоминаем мы говорим об упругих деформациях поскольку нам предстоит с этой деформации иметь дело довольно подробно давайте сразу попробуем количественное и описать пусть первоначальная длина стержня корее а длина деформированного стержня случае деформации растяжения будет больше она будет равна н плюс дельта я не она стала больше на величину in time величина дельта р вот она имеет свое название она называется абсолютное обвинение бель-иль абсолютная удлинение каких единицах измеряется она все в метрах как любая длина а теперь давайте введем еще одну величину которая более содержательно почему более содержательно сейчас станет ясно разделим абсолютно и удлинение на первоначальную длину мы получим величину которая является безразмерной она обозначается греческой буквой эпсилон и носит название относительного удлинения относительное удлинение это безразмерная величина давайте запишем определение что это такое относительным удлинением называется физическая величина равная относительное удлинение называется физическая величина равная отношение абсолютного удлинения физическая величина равная отношению абсолютного удлинения к первоначальной длине тела отношению абсолютного удлинения к первоначальной длины тела нетрудно догадаться что если эпсилон положительное то это будет деформация какое растяжении или сжатии и растяжении если version отрицательная то это будет деформация сжатие чем интересна эта величина оказывается что она характеризует не деформацию тело целом а деформацию материала из которого это тело сделано вот смотрите допустим мы возьмем на эту резинку подвесим киеву она вызовет деформацию резинки соответственно деформированная резинка силой упругости подействовать на эту беру силой направленной вверх вот это удлинение резинки зависит от того какой длинны и сама резинка если резинка длинное длине не будет побольше если резинка короткая удлиняя не будет поменьше но если мы возьмем резину в два раза короче то абсолютное удлинение в этой ситуации будет в два раза меньше чем несли резина у нас имеет полную длину а если мы абсолютно и удлинение разделим на первоначальную глину то мы получим всегда одно и то же независимо от того короткая резинка длинная или совсем короткая относительное удлинение характеризует деформацию материала независимо от того какой длины тела сделано в этом случае из этого материала а раз так то это более информативной а величина не зависит от длины давайте еще одну величину все которое в дальнейшем нам понадобится стержень действует на окружающие тела силой упругости введём поперечное сечение стержня площадь с и рассмотрим вот такую величину отношение силы упругости и лошади поперечного сечения о которой она распределена эта величина обозначается буквой сигма только она никакого отношения к коэффициенту поверхностного натяжения и удельной поверхностной энергии не имеет алфавит гораздо беднее чем природа поэтому физики понятий больше чем букв в алфавите эта величина называется механическое напряжение механическое напряжение механическое напряжение запишем определение механическим напряжением называется физическая величина равная механическим напряжением называется физическая величина равное отношение силы упругости физическая величина равна отношению силы упругости площади поперечного сечения по которому эта сила распределена отношение силы упругости к площади поперечного сечения по которому она распределена каких единицах измеряется механическое напряжение давайте посмотрим единицы измерения сигма сила измеряется в ньютонах площадь в квадратных метрах а что это такое ньютон делить на квадратный метр как называется эта единица а вообще как называется отношение силы действующий перпендикулярно некоторой поверхности к площади поверхности это называется давление каких единицах измеряется давление в паскалях относительно механическое напряжение тоже измеряется в паскалях эта величина очень близкое по смыслу к давлению если вы сжимаете стержень то давление которое вы на него производите как раз равно механическому напряже в объеме сдержит вот эти две величины обе описывают не деформацию тела и не силу приложенную к телу деформацию материала из которого это тело сделано и механическую нагрузку на сам материал эти величины наверное как-то связаны друг с другом эту связь мы установим на следующем уроке а сейчас нам нужно продолжить классификацию видов деформации и давайте заодно продемонстрируем нам этой модели особенность деформации растяжения ржания вот тело его она состоит из а там эти атомы можно считать расположен вот такими слоями назовем их атомными плоскостями когда мы тело подвергаем деформации сжатия или растяжения то эти плоскости остаются параллельными друг другу но они у давайте так смотреть но они смещаются друг относительно друга в какую сторону в направлении перпендикулярная самим плоскостям оставаясь параллельными друг другу они смещаются в направлении перпендикулярном плоскости возьмем это на заметку а теперь перейдем к следующему его деформации уже так подробно его описано не будем но память деформация сдвига второй сдвиг рассмотрим тело форме прямоугольного параллелепипеда которые мы прикрепим к какой-то поверхности приклеим например вот такое чем приклеили в поверхности стола по действуем на него силой направленной вдоль этой поверхности в результате тело изменит свою форму вот так он самади формирующая сила я ее по-прежнему буду обозначать пунктиром это не формирующейся результате такой деформации возникнет сила упругости которая будет пытаться мешать это и силе дальнейшем деформировать тело силу упругости приложена к тому телу которое вызвало а теперь посмотрите как можно описать количественно это этот вид деформации его можно описать с помощью угла вот этот угол гамма угол сдвига при деформации сдвига атомной плоскости тоже смещаются на давайте посмотрим на эту модель как они смещаются если при деформации сжатия а не смещались направлении перпендикулярном самим плоскостям что при деформации сдвига они смещаются в том же направлении в котором лежат эти плоскости параллельно самим плоскость а ну а теперь смотрите что дальше можно сделать если мы возьмем какую-то сложную деформацию рассмотрим например вот такую то ее можно разложить на 2 простые деформации вот эта точка одновременно движется вниз перпендикулярного танатос костями и вправо вдоль оси y и вдоль оси x смещение на любой вектор можно представить как смещение в доле y en tu le six значит сложную деформацию можно представить как комбинацию вот такой растяжение-сжатие и такой деформации сдвига любую сложную формацию можно представить как комбинацию растяжение сжатия и сдвига поэтому эти два вида деформации являются основными и закономерности этих деформаций прежде всего надо изучать третий вид деформации деформация изгиба представим себе тело напишем название изгиб представим себе тело лежащие на двух опорах мы можем к нему силу направленную вниз под действием этой силы тела деформируются вот эта сила например можно подвесить или поставить гику просто на это тело это деформация из него анти мы говорили только что о том что любую деформацию можно представить себе как комбинацию сдвига и растяжение-сжатие давайте посмотрим что будет здесь давайте рассмотрим небольшой участок вот этого тела вот как он выглядит этот небольшой участок посмотрите вот модель этого тела что будет с расстояние между атомными плоскостями если я это тело согнул внизу расстояние между атомами плоскости на увеличится верха уменьшится значит нижняя часть растянута а верхние зажата то есть деформация изгиба это комбинация сжатие и растяжение самое интересное то что здесь есть некая поверхность которая не испытывает ни растяжение и сжатие вот это нейтральная поверхность митральная поверхность если эта поверхность не испытывает ни растяжение и сжатие расстояние между атомами не меняются то тогда она оказывается не деформированы и значит там не возникает никаких механических напряжений когда мы можем ее просто так же мы можем ее просто удалить из тела и это никак не скажется на прочности и упругих свойствах этого тела почти никак не скажется но зато при этом уменьшится масса расход материала при сохранении практически стопроцентно прочности поэтому при конструировании различных устройств поступают как правило следующим образом но давайте посмотрим на это тело с этой стороны нейтральная поверхность вот она лук вид отсюда вот нейтральную поверхность мы можем удалить этот материал и при этом по отношению к вот такой деформации изгиба тело практически сохранить свои упругие свойства удалить этот материал можно различными способами например вот так можно вот так можно вот так это называется труба какой такой профиль называется двутавр похоже на две буквы то я вот верхняя половинка и нижняя половинка а это швеллер скажите где нибудь вы видели такие формы такие bow строительные балки если пойти на стройку посмотреть из чего делают дома их делают из двутавров и швеллеров из труб они легче но при той же самой прочность представьте себе велосипед у которого храма не трубчатая он был бы жутко тяжелый а самолет если бы его делали не из трубчатых набирали не из трубчатых конструкций из сплошных он бы просто не смог подняться воздух кстати а где вы встречали еще деформацию сдвига смотрите допустим у вас есть две пластины соединенные заклепками скреб она и вот так и одна пластина подвергается действием силы в эту сторону а другую пластину тянут в эту сторону сами заклепки при этом вот здесь испытывают деформацию сдвига если потянуть очень сильно здесь может быть сдвиг настолько сильный что атомы скользнуть от ровной плоскости материала одни начнут проскальзывать относительно других это уже будет называться разрушению вот такое нет разрушений является срезом говорят заклепки срезала а где мы используем в быту такую деформацию причем на уровне когда происходит разрушение когда мы пользуемся ножницами дамы что-то режем ножницами то как раз мы вызываем деформацию сдвига настолько сильную что материал не выдерживает и разрушаемся применяется деформация сборе деформации растяжения и сжатия где встречаются тросы веревки канадкой испытывают информацию растяжения колонны строительных поддерживающие на портик дома деформация сжатие следующий вид деформации это деформация кручения выяснили что изгиб это комбинация растяжения и сжатия а вот теперь смотрим последний вид деформации кручения допустим у нас есть тело имеющую форму цилиндра и мы его приклеим приварим прикрепим к какой-то основе чтобы было видно как деформируются тело покрасим его полосками направленными вдоль оси цилиндра и теперь давайте приложим к делу не силу а пару сил если мы приложим просто силу в горизонтальном направлении это вызовет деформацию сдвига а что такое поросил вспоминаем 9 класс это две силы направлены в противоположную сторону не лежащие на одной прямой и равные поможет приложим пару сил одну силу пусть она действует сюда а вторую силу пусть она действует сюда такая же по модулю сила мечты эти две силы вызову деформацию кручения при этом заметить ее можно глядя на вот эти линии они перестанут быть вертикальными они вот так наклоняться вот эта деформация кручения мы с вами говорили о том что любую деформацию можно свести к растяжению и сжатию или сдвигу а что из себя представляет собой деформации отключения давайте ее сейчас здесь воспроизведем вот деформация кручения скажите пожалуйста в плоскости смещаются в направлению параллельным плоскостям или перпендикулярным параллельно значит кручение это разновидность сдвига рада величина сдвига разная на разных расстояниях от оси вращения с краю сдвиг больше угол сдвига с краю больше а ближе к центру вот здесь меньше радиус да здесь угол сдвига меньше поэтому такой сдвиг называется неоднородным сдвигов любой вид деформации можно разложить на растяжение сжатия и сдвиг есть целый раздел механики которое называется теория упругости у физиков это называется теории упругости он позволяет рассчитать деформацию тел если известна как например хроническое напряжение если известна как деформирована тело в любых случаях технических вузов этот раздел называется сопротивление материалов это очень сложная наука и и очень не любят студенты например политехнического института сейчас называется университет они называют сопромат за промыть потому что сдать этот предмет очень сложно он довольно-таки сложно поэтому мы на следующем уроке коснемся только с самых простых видов деформации но о чем пойдет речь узнаете через пять минут перерыв