Параграф 17 Физика 9 класс Пёрышкин | Конспект

Сила упругости

Определение силы упругости

Сила упругости — это сила, возникающая при деформации тел и направленная противоположно этой деформации. Примеры таких деформаций можно наблюдать в растянутой пружине, сжатом резиновом мячике или прогибе доски под действием груза. Сила упругости компенсирует воздействие силы тяжести, и именно поэтому тела могут находиться в состоянии покоя. На практике она проявляется в сжатии, растяжении и изгибе материалов. Деформации могут быть упругими, когда тело возвращается в исходное состояние, или пластическими, когда форма тела изменяется необратимо.

Закон Гука

Для малых деформаций сила упругости прямо пропорциональна величине удлинения или сжатия тела. Эта зависимость описывается законом Гука: , где k — коэффициент жёсткости тела, а x — удлинение или сжатие относительно первоначального состояния. Чем больше значение k, тем жёстче материал и сильнее сопротивляется деформации. Закон Гука применим только к небольшим деформациям, и при превышении определённого значения тело теряет упругость, переходя в пластическое состояние. График зависимости силы упругости от удлинения является прямой линией, наклон которой зависит от коэффициента жёсткости.

Виды силы упругости

Силу упругости можно разделить на несколько видов в зависимости от того, как она проявляется. Например, сила упругости в пружине называется силой растяжения или сжатия, сила, действующая на нить, — силой натяжения. А сила, действующая на опору, называется силой нормальной реакции. Эти силы возникают в ответ на воздействие внешних сил и всегда направлены противоположно деформации. Например, если груз висит на пружине, то сила упругости направлена вверх и уравновешивает силу тяжести, стремящуюся вниз.

Пример 1: Расчёт удлинения пружины

Если на пружину, обладающую коэффициентом жёсткости 80 Н/м, подвесить металлический кубик массой 600 г, то под действием силы тяжести пружина растянется. Для расчёта удлинения применяем закон Гука: . Подставляя значения силы тяжести и жёсткости, находим, что пружина удлинится на 3 мм. Этот пример демонстрирует, как применяются теоретические знания на практике для определения силы упругости и деформации.

Пример 2: Движение двух связанных грузов

Если два груза массами 3 кг и 2 кг связаны ниткой и подвешены через блок, то под действием силы тяжести они начнут двигаться. Тело большей массы будет опускаться, а тело меньшей — подниматься. Для расчёта ускорения и силы натяжения нити используется второй закон Ньютона. Ускорение груза составляет 2 м/с², а сила натяжения равна 24 Н. Этот пример показывает, как силы упругости взаимодействуют с другими силами, такими как сила тяжести, и как их можно рассчитать.