Упругая деформация. Теория упругости

Видео: Лекция 13 Неинерциальные системы отсчета. Теория упругости

Воздействие внешних сил на какое-нибудь тело приводит к самым различным последствиям. Объект воздействия может получить ускорение и начать движение. В процессе движения или в состоянии покоя внутри него могут произойти определённые изменения, которые получили название «деформация».

Видео: Энергия упругой деформации в ударе. Александр Чичварин

Само слово «деформация» происходит от латинского deformatio, что означает «искажение». Под этим понятием принято подразумевать процесс, вследствие которого происходит изменение взаимного положения частиц тела, то есть сами частицы перемещаются относительно друг друга. Деформация как результат изменения расстояния межатомных расстояний приводит к перегруппировке блоков атомов. Зачастую она связана с изменением величин межатомных сил. Мерой деформации является механическое напряжение. Вследствие деформирования тело может получить следы воздействия, которые остаются, а может и восстанавливаться, приобретая прежнее состояние, которое было у него до внешнего влияния.

Если тело восстанавливает свою форму, то данный вид деформации называется упругой. Упругая деформация, как говорит специализированная литература, это деформация, которая исчезает после того, как действие внешних сил прекращается. Тело приобретает прежнюю форму, его размеры восстанавливаются.

Данное определение взято из раздела физики, изучающего упругие деформации, который называют теорией упругости. Упругая деформация обладает отличительным свойством: её величина не имеет зависимости от предыстории, механические напряжения являются ее первопричиной. Другими словами, она всецело определяется и зависит от механических напряжений. В большинстве веществ эта зависимость с высокой точность считается прямой пропорциональностью. Упругая деформация строго подчиняется определённому физическому закону, он ещё известен как закон Гука. Максимальное напряжение, при котором закон упругой деформации сохраняет справедливость, называют пределом пропорциональности.

Некоторые материалы (каучуки, металлы) обладают исключительным свойством выдерживать значительные показатели упругой деформации, для других веществ (прессованные материалы, керамика) совсем незначительная деформация упругой быть не может. Максимальное механическое напряжение, деформация при котором еще подпадает под определение, принято называть пределом текучести. Преодолев эту величину, упругая деформация перерастает в пластическую.

Благодаря деформации, имеющей свойства упругой и периодически повторяющейся, наблюдается явление, получившее название упругих колебаний. Когда же упругие колебания начинают распространяться, то это явление называют упругими волнами.

Рассматривая упругую деформацию, не стоит забывать, что упруго деформированное тело обладает определённым запасом энергии. Энергия упругой деформации относится к виду энергий положения или, другими словами, является потенциальной. Упруго деформированное тело способно выполнить определённую работу, восстанавливая своё прежнее состояние. В идеальном случае величина этой работы равна величине работы, затраченной на процесс деформирования.

Видео: Физика 10

Благодаря своим свойствам упругая деформация находит широкое распространение в практической жизни человека. Огромное значение в самых различных механических устройствах имеет использование деталей, функционирование которых напрямую зависит от их способности упруго деформироваться. Одни из них накапливают энергию, к примеру, заводная пружина в механических часах, другие смягчают воздействие внешних сил на устройство (амортизаторы, рессоры).

В процессе создания различных механизмов было замечено, что на свойство упруго деформироваться влияет не только то, из какого материала изготовлена та или иная деталь, но и то, какой процесс обработки она прошла.