Как определить силу упругости

В результате деформации физического тела всегда возникает сила, которая ей противодействует, стремясь вернуть тело в начальное положение. Определить эту силу упругости в простейшем случае можно по закону Гука.

Инструкция

1. Сила упругости, действующая на деформированное тело, возникает как следствие электромагнитного взаимодействия между его атомами. Существуют различные виды деформации: сжатие/растяжение, сдвиг, изгиб. Под воздействием внешних сил разные части тела движутся по-разному, отсюда искажение и сила упругости, которая направлена в сторону прежнего состояния.
2. Деформация растяжения/сжатия характеризуется направлением внешней силы вдоль оси предмета. Это может быть стержень, пружина, столб, колонна и другое тело, имеющее длинную форму. При искажении изменяется поперечное сечение, а сила упругости пропорциональна взаимному смещению частиц тела:Fупр = -k•∆x.
3. Эта формула называется законом Гука, однако применяется она не всегда, а лишь при относительно малых значениях ∆х. Величина k называется жесткостью и выражается в Н/м. Этот коэффициент зависит от исходного материала тела, а также формы и размеров, он пропорционален поперечному сечению.
4. При деформации сдвига объем тела не изменяется, но его слои меняют свое положение друг относительно друга. Сила упругости равна произведению коэффициента упругости при сдвиге, находящемуся в прямой зависимости от поперечного сечения тела, на величину угла между осью и касательной, в направлении которой действует внешняя сила:Fупр = D•α.
5. Изгиб является более сложным видом деформации, он заключается в воздействии силы на внутреннюю поверхность тела, при этом его концы фиксируются на основах. Примером может служить металлическая балка в составе строительной конструкции. Сила упругости в этом случае называется силой реакции опоры и по модулю равна силе тяжести, если нет дополнительной внешней силы:Fупр = -m•g.
6. Деформация бывает упругой и пластичной. При упругом искажении тело быстро принимает прежнюю форму после прекращения действия внешней силы, а при пластичной этого не происходит. Это зависит от величины воздействия, но в большей степени от материала, из которого сделано тело. Например, пластилин способен принять любую форму, а резина вернется в первоначальное состояние (при нормальной температуре).