7-й класс онлайн читать: 2023 Физика Перышкин Учебник §§27 «Сила упругости. Закон Гука». Цитаты из пособия «Перышкин, Иванов: Физика. 7 класс. Базовый уровень. Учебник (3-е изд.) ФГОС» использованы в учебных целях для семейного и домашнего обучения, а также для дистанционного обучения в период невозможности посещения образовательного учреждения.
Вернуться в ОГЛАВЛЕНИЕ учебника
§ 27. СИЛА УПРУГОСТИ. ЗАКОН ГУКА
Говоря о взаимодействии тел, мы пришли к выводу, что результатом действия силы может быть изменение формы тела — деформация. Можно слепить из глины или пластилина предмет желаемой формы простым приложением силы рук. Если устранить силу действия рук, тело сохранит свою новую форму. Деформация, которая не исчезает после прекращения воздействия, является пластической.
Но есть тела, которые ведут себя иначе. Вы можете сжать теннисный мячик, и он изменит свою форму. Но как только вы разожмёте пальцы, мячик вернёт себе первоначальные размеры. Резинка растягивается, когда её тянут, но возвращается к исходному размеру, когда сила прекращает своё действие. Деформация, которая исчезает после прекращения воздействия, является упругой.
Силу, возникающую в теле в результате его упругой деформации и стремящуюся вернуть тело в исходное состояние, называют силой упругости.
Силу упругости обозначают Fynр. Она действует между частями деформированного тела. Кроме того, сила упругости действует со стороны деформированного тела на тела, соприкасающиеся с ним и вызывающие его деформацию. Сила упругости исчезает, если исчезает деформация тела.
Существует несколько видов деформации: растяжения и сжатия (рис. 68, а), сдвига (рис. 68, б), кручения (рис. 68, в) и изгиба (рис. 68, г).
Объясним, почему при деформации тела возникает сила упругости. Известно, что все тела состоят из молекул, между которыми действуют силы притяжения и отталкивания. Проявление этих сил зависит от расстояния между молекулами. Если тело не деформировано, силы притяжения молекул уравновешиваются силами отталкивания (рис. 69, а). При деформации изменяются расстояния между молекулами. В результате этого силы взаимодействия между молекулами уже не будут уравновешивать друг друга. Например, при деформации сжатия расстояние между молекулами уменьшится, и начнут преобладать силы отталкивания между ними (рис. 69, б). Возникнет сила упругости, которая будет препятствовать сжатию тела. И наоборот, при деформации растяжения расстояние между молекулами увеличится и преобладать начнут силы притяжения между ними (рис. 69, в). Возникнет сила упругости, препятствующая растяжению тела.
На все тела, находящиеся на Земле, действует сила тяжести. Под действием силы тяжести изменяют скорость оторвавшееся от ветки яблоко, выпавший из рук карандаш.
Почему же остаётся в покое ваза с цветами на столе? Почему действующая на неё сила тяжести не изменяет скорость вазы? Или почему не падает люстра, подвешенная на цепях? По всей видимости, на тела, находящиеся на опоре или подвесе, помимо силы тяжести, направленной вниз, действует какая-то другая сила, направленная вверх.
Представьте, что на дно вазы приклеена губка для мытья посуды. Что произойдёт с губкой, когда вазу поставят на стол? Правильно, губка сожмётся (рис. 70). То же самое происходит и с вазой. Деформируются любые тела, но деформация одних тел более заметна, других — менее. Сила, действующая на вазу или люстру со стороны деформированных опоры или подвеса, — это сила упругости. Она направлена в сторону, противоположную смещению частей тела при деформации, и в рассмотренных примерах уравновешивает силу тяжести.
Взаимосвязь между деформацией и приложенной силой впервые установил английский учёный Роберт Гук (1635—1703).
Рассмотрим опыт. Возьмём пружину, один конец которой закрепим в штативе. Определим длину пружины в отсутствие деформации 10 (рис. 71).
Подействуем на пружину с некоторой силой. Можно, например, подвесить к свободному концу пружины чашу с гирькой. Пружина растянется, изменив свою длину до значения l. В ней возникнет сила упругости. Деформацию пружины, её удлинение, обозначим △l и найдём как △l = |l – l0|.
Меняя гирьки, можно изменять длину пружины, а значит, её удлинение. Этот и другие опыты показывают, что сила упругости прямо пропорциональна деформации: Fупр = k△l.
Эта зависимость носит название закона Гука. Он выполняется только для малых (по сравнению с первоначальной длиной тела) упругих деформаций.
Коэффициент пропорциональности k называют жёсткостью. Чем больше жёсткость тела, тем меньше оно деформируется при прочих равных условиях.
Поскольку k = Fупр / △l, то единицей жёсткости в СИ является ньютон на метр (Н/м).
Жёсткость зависит от свойств материала и размеров деформированного тела, определяется опытным путём.
Различным деформациям подвергаются сухожилия и части скелета человека и животных при выполнении разнообразных движений. Они возникают под действием силы тяжести или внешних нагрузок. Силы упругости, возникающие в сухожилиях и костях, противодействуют этим нагрузкам, предохраняя тело человека от разрушения.
Вопросы и задания на стр.92
- 1. При каких условиях возникает сила упругости? 2. Какую деформацию называют пластической, а какую — упругой? 3. Сформулируйте закон Гука. 4. От чего зависит сила упругости?
- Какие виды деформаций испытывают различные части качелей: верхняя планка; тросы качелей; столбы; сиденье?
- Железная и медная проволоки одинаковых размеров подвешены вертикально и соединены внизу невесомым горизонтальным стержнем. Сохранится ли горизонтальность стержня, если к его середине прикрепить груз?
- Объясните, почему неправильно говорить, что сила упругости, возникающая при деформации данной пружины, прямо пропорциональна её жёсткости.
УПРАЖНЕНИЕ 15
- Какие виды деформаций вы знаете? Приведите примеры. Ответ оформите в виде таблицы.
- Какую деформацию испытывает почва под действием стоящего на ней автомобиля? Какие изменения при этом происходят с почвой?
- На основе знаний о строении вещества объясните возникновение силы упругости в стержне, к которому подвешена люстра. Сделайте схематический рисунок расположения молекул стержня в двух случаях: до деформации и в процессе деформации.
- Докажите, что единицей жёсткости в СИ является Н/м.
- * Ластик жёсткостью 0,5 Н/см сжали на 1 мм. Чему равна сила упругости, с которой ластик действует на деформирующие его тела?
ЗАДАНИЕ 20
Проведите испытание на разрыв швейных ниток одинаковой толщины, но разной длины* Сделайте предположение о том, какую нить будет разорвать легче — длинную или короткую. Проверьте предположение на опыте. Будьте аккуратны, чтобы не пораниться. Объясните полученный результат.
Вы смотрели: Физика Перышкин Учебник 2023 года §§27 «Сила упругости. Закон Гука». Цитаты из пособия использованы в учебных целях.
Вернуться в ОГЛАВЛЕНИЕ учебника
хороший сайт