Теория:
Известно, что на все тела, находящиеся на Земле, действует сила тяжести, обусловленная гравитацией.
Какие ещё силы могут возникнуть? Рассмотрим несколько примеров.
\(1\). На яблоко в тарелке действует сила притяжения Земли. Фрукт не проваливается сквозь тарелку, а находится в покое.
Значит, существует сила, которая уравновешивает силу тяжести.
\(2\). Рассмотрим тело, подвешенное на нити. Сила тяжести будет направлена вниз.
Тело не может упасть, потому что силу тяжести компенсирует сила натяжения нити.
\(3\). Проведём опыт.
Позволим гире опуститься на середину доски на опорах.
Рис. \(1\). Гиря
Вес гири воздействует на доску и оказывает деформацию изгиба — заставляет сгибаться. Свойство упругости доски вызывает противоположную силу — силу реакции опоры — для того, чтобы вернуться в исходное, недеформированное состояние. Обе силы направлены вдоль одной прямой через центр масс гири, но направления противоположны, поэтому сумма сил равна нулю.
Под весом гири доска прогнулась — изменила свою форму.
Деформация — явление изменения геометрических параметров тела: его формы (например, сжатие кубика со всех сторон) или размеров тела (например, растяжение резинового жгута).
Деформация тела появляется из-за действия некоторой силы или сил на тело.
Упругой называют такую деформацию тела, при которой оно полностью восстанавливает свои геометрические параметры (форму или размер) после того, как действие деформирующей внешней силы прекращается.
Какой бы ни была деформация, из-за относительного перемещения частиц в теле характер действующих между ними сил электромагнитной природы меняется. При сближении частиц начинают преобладать силы отталкивания, при удалении — силы притяжения.
В итоге возникающие в теле силы направлены так, чтобы восстановить первоначальное положение частиц друг относительно друга. В результате возникает сила, которая называется силой упругости. Часто её обозначают как \(\vec{F}_{у}\). Величина этой силы зависит от особенностей взаимодействия частиц в материале (свойств материала) и того, насколько изменилась геометрия тела (от величины деформации).
В простейшем случае под действием внешней силы изменяется только один из размеров, характеризующих тело.
Наиболее часто встречаются (рис. \(1\)) растяжение (длина тела увеличивается) и сжатие (длина тела уменьшается).
Рис. \(1\). Деформации растяжения и сжатия
Деформации называются малыми, если их величина \(\Delta l\) намного меньше, чем начальная длина тела \(l_{0}\).
Источники:
Рис. 1. Деформации растяжения и сжатия. © ЯКласс.