ประเภทของการเสียรูป

การเสียรูปคือการเปลี่ยนแปลงรูปร่าง ขนาด หรือปริมาตรของร่างกายการเสียรูปอาจเกิดจากแรงภายนอกที่กระทำต่อร่างกาย
เรียกว่าความผิดปกติที่หายไปโดยสิ้นเชิงหลังจากการกระทำของแรงภายนอกต่อร่างกายสิ้นสุดลง ยืดหยุ่นและการเสียรูปซึ่งคงอยู่แม้หลังจากที่แรงภายนอกหยุดกระทำต่อร่างกายแล้ว - พลาสติก.
แยกแยะ ความเครียดแรงดึงหรือ การบีบอัด(ฝ่ายเดียวหรือครอบคลุม) ดัด, แรงบิดและ กะ.

แรงที่เกิดขึ้นในร่างกายเนื่องจากการเสียรูปและมีแนวโน้มที่จะทำให้ร่างกายกลับสู่ตำแหน่งเดิมเรียกว่า แรงยืดหยุ่น.

แรงยืดหยุ่นมีลักษณะเป็นแม่เหล็กไฟฟ้า

กฎของฮุค: ระหว่างการเปลี่ยนรูปแบบยืดหยุ่น หมายถึง แรงยืดหยุ่นเป็นสัดส่วนโดยตรงกับการยืดตัวสัมบูรณ์ของร่างกาย

เอฟ ควบคุม =-กิโลลิตร

เอฟ ควบคุม– แรงยืดหยุ่น เค – ค่าสัมประสิทธิ์สัดส่วนเรียกว่าความแข็ง ∆ลิตร – การยืดตัวของร่างกาย (เปลี่ยนความยาว)

เครื่องหมายลบแสดงว่าแรงยืดหยุ่นนั้นตรงข้ามกับการเสียรูปของร่างกาย

กฎของฮุคใช้ได้เฉพาะกับการเปลี่ยนรูปแบบยืดหยุ่นเท่านั้น

การเสียรูปนั้นยืดหยุ่นได้ หากหลังจากหยุดแรงที่ทำให้ร่างกายเสียรูปแล้ว ร่างกายจะกลับสู่ตำแหน่งเดิม

2..วงจรออสซิลเลเตอร์ การสั่นของแม่เหล็กไฟฟ้าฟรี การหน่วงของการสั่นอย่างอิสระ สูตรของทอมสัน

การสั่นสะเทือนทางแม่เหล็กไฟฟ้า- สิ่งเหล่านี้คือการแกว่งของสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กซึ่งมาพร้อมกับการเปลี่ยนแปลงประจุกระแสและแรงดันไฟฟ้าเป็นระยะ ระบบที่ง่ายที่สุดที่การสั่นของแม่เหล็กไฟฟ้าอิสระสามารถเกิดขึ้นและมีอยู่ได้คือวงจรการสั่น วงจรออสซิลเลเตอร์- นี่คือวงจรที่ประกอบด้วยตัวเหนี่ยวนำและตัวเก็บประจุ (รูปที่ 29, a) หากประจุตัวเก็บประจุและเชื่อมต่อกับขดลวดกระแสไฟฟ้าจะไหลผ่านขดลวด (รูปที่ 29, b) เมื่อตัวเก็บประจุถูกคายประจุ กระแสไฟฟ้าในวงจรจะไม่หยุดเนื่องจากการเหนี่ยวนำตัวเองในขดลวด กระแสเหนี่ยวนำตามกฎของ Lenz จะมีทิศทางเดียวกันและจะชาร์จตัวเก็บประจุใหม่ (รูปที่ 29, c) กระบวนการนี้จะทำซ้ำ (รูปที่ 29, d) โดยการเปรียบเทียบกับการแกว่งของลูกตุ้ม

ดังนั้นการสั่นของแม่เหล็กไฟฟ้าจะเกิดขึ้นในวงจรการสั่น

เนื่องจากการแปลงพลังงานของสนามไฟฟ้าของตัวเก็บประจุ () เป็นพลังงานของสนามแม่เหล็กของขดลวดปัจจุบัน ( ) และในทางกลับกัน คาบของการสั่นของแม่เหล็กไฟฟ้าในวงจรออสซิลเลชันในอุดมคติ (เช่น ในวงจรที่ไม่มีการสูญเสียพลังงาน) ขึ้นอยู่กับความเหนี่ยวนำของขดลวดและความจุของตัวเก็บประจุ และหาได้ตามสูตรของทอมสัน ความถี่และคาบเป็นสัดส่วนผกผัน

ในวงจรออสซิลเลเตอร์จริง การสั่นของแม่เหล็กไฟฟ้าอิสระจะถูกหน่วงเนื่องจากการสูญเสียพลังงานเนื่องจากการให้ความร้อนของสายไฟ สำหรับการใช้งานจริง สิ่งสำคัญคือต้องได้รับการสั่นของแม่เหล็กไฟฟ้าที่ไม่มีการหน่วง และด้วยเหตุนี้ จึงจำเป็นต้องเติมวงจรการสั่นด้วยไฟฟ้าเพื่อชดเชยการสูญเสียพลังงาน

คำนิยาม

การเสียรูปคือการเปลี่ยนแปลงรูปร่าง ขนาด และปริมาตรของร่างกาย การเสียรูปจะเป็นตัวกำหนดผลลัพธ์สุดท้ายของการเคลื่อนไหวของส่วนต่างๆ ของร่างกายที่สัมพันธ์กัน

คำนิยาม

การเสียรูปแบบยืดหยุ่นเรียกว่าการเสียรูปซึ่งหายไปโดยสิ้นเชิงหลังจากการขจัดแรงภายนอก

การเสียรูปของพลาสติกเรียกว่าการเสียรูปซึ่งคงอยู่ทั้งหมดหรือบางส่วนหลังจากการหยุดแรงภายนอก

ความสามารถในการยืดหยุ่นและการเปลี่ยนรูปของพลาสติกขึ้นอยู่กับลักษณะของสารที่ร่างกายประกอบขึ้นเงื่อนไขที่ตั้งอยู่ วิธีการผลิต ตัวอย่างเช่น หากคุณใช้เหล็กหรือเหล็กกล้าประเภทต่างๆ คุณจะพบคุณสมบัติยืดหยุ่นและพลาสติกที่แตกต่างกันโดยสิ้นเชิง ที่อุณหภูมิห้องปกติ เหล็กเป็นวัสดุที่อ่อนนุ่มและเหนียวมาก ในทางกลับกัน เหล็กชุบแข็งเป็นวัสดุแข็งและยืดหยุ่น ความเป็นพลาสติกของวัสดุหลายชนิดเป็นเงื่อนไขสำหรับการแปรรูปและการผลิตชิ้นส่วนที่จำเป็นจากวัสดุเหล่านั้น ดังนั้นจึงถือว่าเป็นหนึ่งในคุณสมบัติทางเทคนิคที่สำคัญที่สุดของของแข็ง

เมื่อวัตถุแข็งมีรูปร่างผิดปกติ อนุภาค (อะตอม โมเลกุล หรือไอออน) จะถูกแทนที่จากตำแหน่งสมดุลเดิมไปยังตำแหน่งใหม่ ในกรณีนี้ ปฏิกิริยาระหว่างแรงระหว่างอนุภาคแต่ละตัวในร่างกายจะเปลี่ยนไป เป็นผลให้แรงภายในเกิดขึ้นในร่างกายที่ผิดรูปเพื่อป้องกันการเสียรูป

มีทั้งแรงดึง (แรงอัด) แรงเฉือน การดัดงอ และการเปลี่ยนรูปแบบบิด

แรงยืดหยุ่น

คำนิยาม

แรงยืดหยุ่น– สิ่งเหล่านี้คือแรงที่เกิดขึ้นในร่างกายระหว่างการเปลี่ยนรูปแบบยืดหยุ่นและมุ่งไปในทิศทางตรงกันข้ามกับการกระจัดของอนุภาคระหว่างการเปลี่ยนรูป

แรงยืดหยุ่นมีลักษณะเป็นแม่เหล็กไฟฟ้า พวกมันป้องกันการเสียรูปและตั้งฉากกับพื้นผิวสัมผัสของวัตถุที่มีปฏิสัมพันธ์ และหากวัตถุเช่นสปริงหรือเกลียวมีปฏิกิริยาโต้ตอบ แรงยืดหยุ่นก็จะพุ่งไปตามแกนของพวกมัน

แรงยืดหยุ่นที่กระทำต่อร่างกายจากส่วนรองรับมักเรียกว่าแรงปฏิกิริยารองรับ

คำนิยาม

ความเครียดแรงดึง (ความเครียดเชิงเส้น)เป็นการเสียรูปซึ่งมีการเปลี่ยนแปลงมิติเชิงเส้นของร่างกายเพียงมิติเดียว ลักษณะเชิงปริมาณคือการยืดตัวแบบสัมบูรณ์และการยืดตัวแบบสัมพัทธ์

การยืดตัวสัมบูรณ์:

โดยที่ และ คือ ความยาวของร่างกายในสภาพผิดรูปและไม่มีรูปร่างตามลำดับ

การยืดตัว:

กฎของฮุค

การเสียรูปขนาดเล็กและระยะสั้นที่มีระดับความแม่นยำเพียงพอถือได้ว่ามีความยืดหยุ่น สำหรับการเสียรูปดังกล่าว กฎของฮุคนั้นใช้ได้:

โดยที่การฉายแรงลงบนแกนความแข็งแกร่งของร่างกาย ขึ้นอยู่กับขนาดของร่างกายและวัสดุที่ใช้ทำ หน่วยของความแข็งแกร่งในระบบ SI คือ N/m

ตัวอย่างการแก้ปัญหา

ตัวอย่างที่ 1

ออกกำลังกาย	สปริงที่มีความแข็ง N/m ในสถานะไม่โหลดจะมีความยาว 25 ซม. หากสปริงที่มีน้ำหนัก 2 กก. ถูกแขวนไว้จะมีความยาวเท่าใด
สารละลาย	มาวาดรูปกันเถอะ แรงยืดหยุ่นยังส่งผลต่อโหลดที่แขวนอยู่บนสปริงด้วย การฉายภาพความเท่าเทียมกันของเวกเตอร์นี้บนแกนพิกัดเราได้รับ: ตามกฎของฮุค แรงยืดหยุ่น: เราก็เลยเขียนได้: ความยาวของสปริงข้ออ้อยมาจากไหน: ขอให้เราแปลงความยาวของสปริงที่ไม่มีรูปร่าง cm เป็นระบบ SI เราคำนวณค่าตัวเลขของปริมาณทางกายภาพแทนค่าตัวเลข:
คำตอบ	ความยาวของสปริงข้ออ้อยจะอยู่ที่ 29 ซม.

ตัวอย่างที่ 2

ออกกำลังกาย	วัตถุที่มีน้ำหนัก 3 กก. ถูกเคลื่อนไปตามพื้นผิวแนวนอนโดยใช้สปริงที่มีความแข็ง N/m สปริงจะยาวขึ้นเท่าใด ถ้าภายใต้การกระทำของมัน โดยมีการเคลื่อนที่ด้วยความเร่งสม่ำเสมอ ความเร็วของวัตถุเปลี่ยนจาก 0 ถึง 20 m/s ใน 10 วินาที ละเว้นแรงเสียดทาน
สารละลาย	มาวาดรูปกันเถอะ ร่างกายถูกกระทำโดยแรงปฏิกิริยาของส่วนรองรับและแรงยืดหยุ่นของสปริง

แรงยืดหยุ่นคืออะไร?

แรงยืดหยุ่นเป็นแรงที่เกิดขึ้นจากการเสียรูปของร่างกายและมุ่งไปในทิศทางตรงกันข้ามกับการเคลื่อนที่ของอนุภาคของร่างกายในระหว่างการเปลี่ยนรูป

เพื่อเป็นตัวอย่างที่ชัดเจนยิ่งขึ้น เพื่อให้เข้าใจได้ดีขึ้นว่าแรงยืดหยุ่นคืออะไร เรามายกตัวอย่างที่ชัดเจนจากชีวิตประจำวันกันดีกว่า ลองนึกภาพว่าตรงหน้าคุณคือราวตากผ้าธรรมดาที่คุณแขวนผ้าเปียกไว้ ถ้าเราแขวนผ้าเปียกบนเชือกแนวนอนที่ยืดออกอย่างดี เราจะดูว่าเชือกนี้เริ่มงอและยืดอย่างไรภายใต้น้ำหนักของสิ่งของ

ขั้นแรก คุณและฉันแขวนสิ่งของเปียกไว้บนเชือก แล้วดูว่ามันโค้งงอกับพื้นพร้อมกับเชือกอย่างไร จากนั้นจึงหยุด จากนั้นเราแขวนสิ่งต่อไปและดูว่าการกระทำเดิมซ้ำแล้วซ้ำอีกและเชือกก็งอมากขึ้น

ในกรณีนี้ ข้อสรุปเสนอแนะว่าเมื่อแรงที่กระทำต่อเชือกเพิ่มขึ้น การเสียรูปจะเกิดขึ้นจนกว่าแรงที่ต่อต้านการเสียรูปนี้จะเท่ากับน้ำหนักของทุกสิ่ง และหลังจากนี้การเคลื่อนไหวขาลงจะหยุดลง

ควรสังเกตว่าการทำงานของแรงยืดหยุ่นคือการรักษาความสมบูรณ์ของวัตถุที่เรากระทำกับวัตถุอื่น หากแรงยืดหยุ่นไม่สามารถรับมือกับสิ่งนี้ได้ร่างกายก็จะมีรูปร่างผิดปกติโดยไม่สามารถเพิกถอนได้นั่นคือเชือกอาจขาดได้

และนี่ก็มีคำถามเชิงวาทศิลป์เกิดขึ้น แรงยืดหยุ่นเกิดขึ้น ณ เวลาใด? และมันเกิดขึ้นเมื่อเราเพิ่งเริ่มวางสายผ้านั่นคือในขณะที่มีผลกระทบต่อร่างกายครั้งแรก และเมื่อผ้าแห้งแล้วเราถอดออก ความยืดหยุ่นก็จะหายไป

ประเภทของการเสียรูป

ตอนนี้เรารู้แล้วว่าแรงยืดหยุ่นเกิดขึ้นเนื่องจากการเสียรูป

จำไว้ว่าความผิดปกติคืออะไร? การเสียรูปคือการเปลี่ยนแปลงปริมาตรหรือรูปร่างของร่างกายภายใต้อิทธิพลของแรงภายนอก

และสาเหตุของการเกิดความผิดปกติก็คือส่วนต่างๆ ของร่างกายไม่ได้เคลื่อนไหวในลักษณะเดียวกัน แต่ในลักษณะที่แตกต่างกัน ด้วยการเคลื่อนไหวแบบเดียวกัน ร่างกายก็จะมีรูปร่างและขนาดเดิมอยู่เสมอ กล่าวคือ มันจะไม่เสียรูป

มาดูคำถามว่าเราสามารถสังเกตการเสียรูปประเภทใดได้บ้าง

ประเภทของความผิดปกติสามารถแบ่งออกได้ตามลักษณะของการเปลี่ยนแปลงรูปร่าง

นอกจากนี้การเสียรูปยังแบ่งออกเป็นสองประเภท ในกรณีนี้การเสียรูปอาจเป็นแบบยืดหยุ่นหรือการเสียรูปแบบพลาสติก

ตัวอย่างเช่น หากคุณดึงและยืดสปริงแล้วปล่อย หลังจากการเสียรูปดังกล่าว สปริงก็จะคืนขนาดและรูปร่างเดิมกลับไป นี่จะเป็นตัวอย่างของการเปลี่ยนรูปแบบยืดหยุ่น

นั่นคือถ้าเราเห็นว่าหลังจากการกระทำต่อร่างกายสิ้นสุดลง การเสียรูปจะหายไปอย่างสมบูรณ์ จากนั้นการเสียรูปดังกล่าวจะยืดหยุ่นได้

ทีนี้ลองยกตัวอย่างอีกตัวอย่างหนึ่ง ลองใช้ดินน้ำมันสักชิ้นแล้วบีบหรือปั้นรูปทรงบางอย่าง คุณและฉันเห็นว่าแม้หลังจากการกระทำสิ้นสุดลง แต่ดินน้ำมันก็ไม่เปลี่ยนรูปร่างนั่นคือมันยังคงผิดรูปอยู่ การเสียรูปที่ไม่ยืดหยุ่นนี้คือพลาสติก

ในระหว่างการเปลี่ยนรูปพลาสติก มันยังคงอยู่แม้ว่าแรงภายนอกจะหยุดกระทำการก็ตาม

การเสียรูปประเภทนี้ใช้นอกเหนือจากการสร้างแบบจำลองจากดินเหนียวหรือดินน้ำมันและในกระบวนการทางเทคนิคของการตีและการปั๊ม

ออกกำลังกาย:อธิบายว่าคุณเห็นความผิดปกติประเภทใดในภาพ?

แรงยืดหยุ่นและกฎของฮุค

ขนาดของแรงยืดหยุ่นยังขึ้นอยู่กับปริมาณของการเสียรูปซึ่งร่างกายต้องเผชิญด้วย ดังนั้นการเสียรูปและแรงยืดหยุ่นจึงมีความสัมพันธ์กันอย่างใกล้ชิด หากปริมาณหนึ่งมีการเปลี่ยนแปลง หมายความว่ามีการเปลี่ยนแปลงเกิดขึ้นในอีกปริมาณหนึ่งด้วย

ดังนั้นถ้าเรารู้การเสียรูปของร่างกาย เราก็จะสามารถคำนวณแรงยืดหยุ่นที่เกิดขึ้นในร่างกายนี้ได้ ในทางกลับกัน ถ้าเรารู้แรงยืดหยุ่น เราก็สามารถกำหนดระดับความผิดปกติของร่างกายได้อย่างง่ายดาย

ตัวอย่างเช่น เมื่อคุณนำสปริงมาแขวนด้วยน้ำหนักที่เท่ากัน คุณจะเห็นว่าเมื่อมีการแขวนสปริงแต่ละครั้ง สปริงจะยืดออกมากขึ้นเรื่อยๆ และคุณจะสังเกตเห็นว่ายิ่งสปริงนี้เสียรูปมากเท่าใด แรงยืดหยุ่นก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น

และถ้าคุณคำนึงถึงความจริงที่ว่าตุ้มน้ำหนักมีมวลเท่ากันแล้วจึงแขวนไว้ทีละอันคุณจะสังเกตเห็นว่าเมื่อแขวนใหม่แต่ละครั้งความยาวของสปริงจะเพิ่มขึ้นตามจำนวนที่เท่ากันทุกประการ

ในการค้นหาความสัมพันธ์ระหว่างแรงยืดหยุ่นกับการเสียรูปของตัวยางยืด คุณต้องใช้สูตรที่ Robert Hooke นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษผู้โด่งดังค้นพบ

นักวิทยาศาสตร์ได้สร้างการเชื่อมโยงง่ายๆ ระหว่างความยาวลำตัวที่เพิ่มขึ้นกับแรงยืดหยุ่นที่เกิดจากการยืดตัวนี้

ในสูตรนี้ เดลต้าหมายถึงการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นกับปริมาณ

กฎของฮุคระบุว่า สำหรับการเสียรูปเล็กน้อย แรงยืดหยุ่นจะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับการยืดตัวของร่างกาย

นั่นคือ ยิ่งการเสียรูปปรากฏขึ้นมากเท่าใด เราก็จะสังเกตเห็นแรงยืดหยุ่นมากขึ้นเท่านั้น

แต่ควรสังเกตด้วยว่ากฎของฮุคนั้นใช้ได้เฉพาะในกรณีที่มีการเสียรูปแบบยืดหยุ่นเท่านั้น

พลังแห่งความยืดหยุ่นในธรรมชาติ

พลังแห่งความยืดหยุ่นมีบทบาทสำคัญในธรรมชาติ ท้ายที่สุดแล้ว ต้องขอบคุณพลังนี้เท่านั้นที่ทำให้เนื้อเยื่อของพืช สัตว์ และมนุษย์สามารถทนต่อภาระอันมหาศาลได้โดยไม่แตกหักหรือยุบตัว

คุณคงเคยเห็นมาแล้วหลายครั้งว่าพืชโค้งงอภายใต้ลมกระโชกแรงหรือกิ่งก้านของต้นไม้โค้งงอตามน้ำหนักของหิมะได้อย่างไร และผลจากการกระทำของความยืดหยุ่น ทำให้พวกมันกลับคืนสู่รูปร่างเดิม

นอกจากนี้ ทุกท่านสามารถสังเกตการที่กิ่งไม้หักภายใต้แรงกดดันของลมพายุเฮอริเคนที่รุนแรง และเราสามารถสังเกตผลลัพธ์ดังกล่าวได้เมื่อการกระทำของแรงลมเกินแรงยืดหยุ่นของต้นไม้เอง

วัตถุทั้งหมดบนโลกสามารถทนต่อแรงกดบรรยากาศได้เพียงเพราะพลังแห่งความยืดหยุ่นเท่านั้น ผู้อาศัยในอ่างเก็บน้ำลึกสามารถทนต่อน้ำหนักที่มากขึ้นได้ ดังนั้นเราจึงได้ข้อสรุปเชิงตรรกะว่าด้วยพลังแห่งความยืดหยุ่นเท่านั้นสิ่งมีชีวิตทั้งหมดในธรรมชาติจึงมีความสามารถไม่เพียง แต่ทนต่อภาระทางกลเท่านั้น แต่ยังรักษารูปร่างให้สมบูรณ์อีกด้วย

ฝูงนกนั่งอยู่บนกิ่งก้านของต้นไม้ พวงองุ่นห้อยอยู่บนพุ่มไม้ หิมะขนาดใหญ่บนอุ้งเท้าต้นสน - นี่คือการแสดงให้เห็นอย่างชัดเจนถึงพลังแห่งความยืดหยุ่นในธรรมชาติ

กฎหมายอันโด่งดังของฮุคมีผลบังคับใช้ในเกือบทุกด้านของชีวิตเรา เป็นไปไม่ได้ที่จะทำโดยปราศจากสิ่งนี้ ทั้งในชีวิตประจำวันหรือในสถาปัตยกรรม กฎหมายฉบับนี้ใช้ในการก่อสร้างบ้านและรถยนต์ อัตตายังใช้ในการซื้อขายอีกด้วย

แต่คงไม่ใช่พวกคุณทุกคนที่จะจินตนาการได้ว่าพลังแห่งความยืดหยุ่นนั้นสามารถนำมาใช้ในเวทีละครสัตว์ได้ ย้อนกลับไปในศตวรรษก่อนหน้านั้น คณะละครสัตว์ Franconi Circus ผู้โด่งดังได้แสดงละครที่เรียกว่า "Bomb Man"

เมื่อต้องการทำเช่นนี้ มีการติดตั้งปืนใหญ่ขนาดใหญ่ในเวทีละครสัตว์ซึ่งมีชายคนหนึ่งยิง ผู้ชมตกตะลึงกับตัวเลขนี้ เนื่องจากพวกเขาไม่สงสัยว่ากระสุนดังกล่าวไม่ได้ยิงด้วยผงก๊าซ แต่ยิงด้วยสปริง สปริงยืดหยุ่นอันทรงพลังถูกวางไว้ในกระบอกปืนและหลังจากคำสั่ง "ยิง!" สปริงจากถังเหวี่ยงศิลปินเข้าไปในที่เกิดเหตุ เสียงคำราม ควัน และไฟช่วยเพิ่มผลของการกระทำนี้และทำให้ผู้ชมหวาดกลัวเท่านั้น

วิชา > ฟิสิกส์ > ฟิสิกส์ ชั้นประถมศึกษาปีที่ 7

วัตถุทั้งหมดที่อยู่ใกล้โลกได้รับผลกระทบจากแรงโน้มถ่วงของมัน ภายใต้อิทธิพลของแรงโน้มถ่วง เม็ดฝนและเกล็ดหิมะตกลงสู่พื้นโลก

แต่เมื่อหยดตกลงบนหลังคา เขาจะถูกโลกดึงดูด แต่เขาไม่ผ่านหรือตกลงไปบนหลังคา แต่ยังคงอยู่คนเดียว อะไรป้องกันไม่ให้ล้ม? หลังคา. มันกระทำบนหยดด้วยแรงเท่ากับแรงโน้มถ่วง แต่มุ่งไปในทิศทางตรงกันข้าม

ลองดูตัวอย่างหนึ่ง มีการแสดงกระดานวางอยู่บนขาตั้งสองอัน หากคุณวางร่างไว้ตรงกลาง ร่างกายจะเริ่มดันกระดานภายใต้อิทธิพลของแรงโน้มถ่วง แต่หลังจากนั้นไม่กี่นาที มันก็จะหยุด ในกรณีนี้ แรงโน้มถ่วงจะกลายเป็นแรงสมดุลที่กระทำต่อร่างกายจากด้านข้างของกระดานโค้งและพุ่งขึ้นในแนวตั้ง พลังนี้เรียกว่า แรงยืดหยุ่น

แรงยืดหยุ่นเกิดขึ้นระหว่างการเปลี่ยนรูป การเสียรูปคือการเปลี่ยนแปลงรูปร่างหรือขนาดของร่างกาย การเสียรูปประเภทหนึ่งคือการดัดงอ ยิ่งส่วนรองรับโค้งงอมากเท่าใด แรงยืดหยุ่นที่กระทำต่อร่างกายจากการรองรับนี้ก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น ก่อนที่ร่างกาย (น้ำหนัก) จะถูกวางลงบนกระดาน แรงนี้ก็หายไป เมื่อน้ำหนักเคลื่อนที่ งอส่วนรองรับมากขึ้นเรื่อยๆ แรงยืดหยุ่นก็เพิ่มขึ้นเช่นกัน ในขณะที่น้ำหนักหยุดลง แรงยืดหยุ่นก็ถึงแรงโน้มถ่วง และผลลัพธ์ของมันก็เท่ากับศูนย์

หากวางวัตถุที่เบาเพียงพอบนส่วนรองรับ การเสียรูปของมันอาจไม่สำคัญมากจนเราจะไม่สังเกตเห็นการเปลี่ยนแปลงรูปร่างของส่วนรองรับ แต่ยังคงเกิดการเสียรูปอยู่! และแรงยืดหยุ่นจะทำหน้าที่ป้องกันไม่ให้ร่างกายที่อยู่บนส่วนรองรับนี้ล้มลง ในกรณีเช่นนี้ (เมื่อไม่สามารถสังเกตความผิดปกติของร่างกายได้และสามารถละเลยการเปลี่ยนแปลงขนาดของส่วนรองรับได้) แรงยืดหยุ่นเรียกว่า แรงปฏิกิริยาภาคพื้นดิน

หากแทนที่จะใช้การรองรับคุณใช้ระบบกันสะเทือนแบบใดแบบหนึ่ง (ด้าย, เชือก, ลวด, คัน ฯลฯ ) วัตถุที่ติดอยู่นั้นก็สามารถพักไว้ได้เช่นกัน แรงโน้มถ่วงตรงนี้ก็จะสมดุลด้วยแรงยืดหยุ่นที่มีทิศทางตรงกันข้าม ในกรณีนี้แรงยืดหยุ่นเกิดขึ้นเนื่องจากการที่ระบบกันสะเทือนถูกยืดออกภายใต้อิทธิพลของภาระที่ติดอยู่ การยืดกล้ามเนื้อการเสียรูปประเภทอื่น

นักวิทยาศาสตร์ R. Hooke มีส่วนช่วยอย่างมากในการศึกษาความยืดหยุ่น กฎของฮุคกล่าวไว้ว่า:

แรงยืดหยุ่นซึ่งเกิดขึ้นเมื่อร่างกายถูกยืดหรือบีบอัดจะเป็นสัดส่วนกับการยืดตัว

หากความยาวของร่างกายเช่น การเปลี่ยนแปลงความยาวจะแสดงด้วย x และแรงยืดหยุ่นแสดงด้วย F(ตัวควบคุม) จากนั้นตามกฎของฮุค เราสามารถให้รูปแบบทางคณิตศาสตร์ต่อไปนี้:

โดยที่ k คือสัมประสิทธิ์สัดส่วน เรียกว่าความแข็งแกร่งของร่างกาย แต่ละร่างกายมีความแข็งแกร่งของตัวเอง ยิ่งความแข็งแกร่งของตัวเครื่อง (สปริง ลวด เหล็กเส้น ฯลฯ) ยิ่งมากเท่าไร ความยาวก็จะยิ่งเปลี่ยนแปลงน้อยลงเท่านั้นภายใต้อิทธิพลของแรงที่กำหนด

หน่วย SI ของความแข็งคือ นิวตันต่อเมตร (1 N/m)

ดังที่คุณทราบจากหลักสูตรฟิสิกส์ขั้นพื้นฐานของโรงเรียนแล้ว แรงยืดหยุ่นมีความเกี่ยวข้องกับการเสียรูปของร่างกาย นั่นคือการเปลี่ยนแปลงรูปร่างและ (หรือ) ขนาด

การเสียรูปของร่างกายที่เกี่ยวข้องกับแรงยืดหยุ่นนั้นไม่ได้สังเกตเห็นได้ชัดเสมอไป (เราจะหารือเรื่องนี้โดยละเอียดด้านล่าง) ด้วยเหตุนี้ จึงมักศึกษาคุณสมบัติของแรงยืดหยุ่นโดยใช้สปริงเพื่อความชัดเจน โดยมองเห็นการเสียรูปได้ชัดเจนด้วยตา

มาใส่ประสบการณ์กันเถอะ

มาแขวนสิ่งของจากสปริงกัน (รูปที่ 15.1, a) (เราจะถือว่าสามารถละเลยมวลของสปริงได้) สปริงจะยืดออก กล่าวคือ เปลี่ยนรูป

โหลดที่แขวนลอยจะกระทำโดยแรงโน้มถ่วง m และแรงยืดหยุ่นที่ใช้จากด้านข้างของสปริงที่ยืดออก (รูปที่ 15.1, b) มันเกิดจากการเสียรูปของสปริง

ตามกฎข้อที่สามของนิวตัน แรงที่มีขนาดเท่ากัน แต่มีทิศทางตรงกันข้าม จะกระทำต่อสปริงจากด้านข้างของโหลด (รูปที่ 15.1, c) แรงนี้คือน้ำหนักของภาระ: นี่คือแรงที่ร่างกายยืดถาดแนวตั้ง (สปริง)

แรงยืดหยุ่นและแรงที่โหลดและสปริงมีปฏิกิริยาต่อกันมีความสัมพันธ์กันตามกฎข้อที่สามของนิวตัน ดังนั้นจึงมีลักษณะทางกายภาพเหมือนกัน ดังนั้นน้ำหนักจึงเป็นแรงยืดหยุ่นด้วย (แรงยืดหยุ่น (น้ำหนักของโหลด) ที่กระทำต่อสปริงจากด้านข้างของโหลดนั้นเกิดจากการเสียรูปของโหลด การเสียรูปนี้จะมองไม่เห็นหากโหลดนั้นเป็นน้ำหนักหรือเป็นบล็อก เพื่อให้เกิดการเสียรูปของ ภาระที่เห็นได้ชัดเจนคือเราสามารถรับสปริงขนาดใหญ่เป็นภาระได้: เราจะเห็นว่ามันจะยืดออก ) เมื่อกระทำกับสปริงน้ำหนักของภาระจะยืดออกนั่นคือทำให้เกิดการเสียรูป (เพื่อหลีกเลี่ยงความเข้าใจผิด เราขอย้ำอีกครั้งว่าสปริงที่โหลดที่แขวนอยู่นั้นถูกยืดออก ไม่ใช่โดยแรงโน้มถ่วงของโหลดที่กระทำกับโหลด แต่โดยแรงยืดหยุ่น (น้ำหนักของโหลด) ที่กระทำกับสปริงจาก ด้านข้างของโหลด)

ในตัวอย่างนี้ เราจะเห็นว่าแรงยืดหยุ่นเป็นผลที่ตามมาและเป็นสาเหตุของการเสียรูปแบบยืดหยุ่นของร่างกาย:
– ถ้าร่างกายผิดรูป แรงยืดหยุ่นจะกระทำจากด้านข้างของร่างกายนี้ (เช่น แรงควบคุมในรูปที่ 15.1 ข)
– หากใช้แรงยืดหยุ่นกับวัตถุ (เช่น แรงในรูปที่ 15.1 ค) วัตถุนี้จะมีรูปร่างผิดปกติ

1. แรงใดที่แสดงในรูปที่ 15.1
ก) สมดุลซึ่งกันและกันหากโหลดอยู่นิ่ง?
b) มีลักษณะทางกายภาพเหมือนกันหรือไม่?
c) เชื่อมต่อกันด้วยกฎข้อที่สามของนิวตัน?
d) พวกมันจะหยุดมีขนาดเท่ากันหรือไม่หากโหลดเคลื่อนที่โดยมีความเร่งพุ่งขึ้นหรือลง?

การเสียรูปของร่างกายสามารถสังเกตได้ชัดเจนหรือไม่? ดังที่เราได้กล่าวไปแล้ว คุณลักษณะที่ "ร้ายกาจ" ของแรงยืดหยุ่นก็คือการเสียรูปของร่างกายที่เกี่ยวข้องนั้นไม่ได้สังเกตเห็นได้ชัดเจนเสมอไป

มาใส่ประสบการณ์กันเถอะ

การเสียรูปของโต๊ะซึ่งเกิดจากน้ำหนักของแอปเปิ้ลที่วางอยู่นั้นไม่สามารถมองเห็นได้ด้วยตา (รูปที่ 15.2)

และยังมีอยู่: ต้องขอบคุณแรงยืดหยุ่นที่เกิดจากการเสียรูปของโต๊ะเท่านั้นที่ทำให้ยึดแอปเปิ้ลได้! การเสียรูปของโต๊ะสามารถตรวจพบได้โดยใช้การทดลองอันชาญฉลาด ในรูปที่ 15.2 เส้นสีขาวระบุเส้นทางของลำแสงเมื่อไม่มีแอปเปิ้ลอยู่บนโต๊ะในแผนผัง และเส้นสีเหลืองระบุเส้นทางของลำแสงเมื่อแอปเปิ้ลอยู่บนโต๊ะ

2. ตรวจสอบรูปที่ 15.2 และอธิบายว่าการเสียรูปของโต๊ะสังเกตได้อย่างไร

อันตรายบางประการก็คือถ้าคุณไม่สังเกตเห็นการเสียรูป คุณอาจไม่สังเกตเห็นแรงยืดหยุ่นที่เกี่ยวข้อง!

ดังนั้นภายใต้เงื่อนไขของปัญหาบางอย่าง "ด้ายที่ขยายไม่ได้" จึงปรากฏขึ้น คำเหล่านี้หมายความว่าสามารถละเลยได้เฉพาะปริมาณการเสียรูปของด้าย (เพิ่มความยาว) เท่านั้น แต่แรงยืดหยุ่นที่ใช้กับด้ายหรือการกระทำที่ด้านข้างของด้ายนั้นไม่สามารถละเลยได้ ในความเป็นจริง ไม่มี "ด้ายที่ขยายออกไม่ได้อย่างแน่นอน": การวัดที่แม่นยำแสดงให้เห็นว่าด้ายใดๆ ก็ตามยืดออกอย่างน้อยเล็กน้อย

ตัวอย่างเช่นหากในการทดลองที่อธิบายไว้ข้างต้นโดยมีโหลดที่แขวนไว้จากสปริง (ดูรูปที่ 15.1) หากคุณเปลี่ยนสปริงด้วย "เกลียวที่ยืดไม่ได้" ด้ายก็จะยืดออกภายใต้น้ำหนักของภาระแม้ว่าจะมีการเสียรูปก็ตาม จะมองไม่เห็น ดังนั้นแรงยืดหยุ่นทั้งหมดที่พิจารณาจึงจะปรากฏขึ้น บทบาทของแรงยืดหยุ่นของสปริงจะเล่นโดยแรงดึงของด้ายที่พุ่งไปตามเกลียว

3. ทำภาพวาดที่สอดคล้องกับรูปที่ 15.1 (a, b, c) โดยแทนที่สปริงด้วยด้ายที่ขยายไม่ได้ ระบุแรงที่กระทำต่อด้ายและโหลดบนภาพวาด

4. คนสองคนดึงเชือกไปในทิศทางตรงกันข้ามด้วยแรงคนละ 100 นิวตัน
ก) ความตึงของเชือกคืออะไร?
b) ความตึงของเชือกจะเปลี่ยนไปหรือไม่หากปลายด้านหนึ่งผูกอยู่กับต้นไม้และปลายอีกด้านหนึ่งถูกดึงด้วยแรง 100 นิวตัน

ลักษณะของแรงยืดหยุ่น

แรงยืดหยุ่นเกิดจากแรงปฏิสัมพันธ์ระหว่างอนุภาคที่ประกอบเป็นร่างกาย (โมเลกุลหรืออะตอม) เมื่อร่างกายมีรูปร่างผิดปกติ (ขนาดหรือรูปร่างเปลี่ยนไป) ระยะห่างระหว่างอนุภาคจะเปลี่ยนไป เป็นผลให้มีแรงเกิดขึ้นระหว่างอนุภาคและมีแนวโน้มที่จะทำให้ร่างกายกลับสู่สภาวะที่ไม่มีรูปร่าง สิ่งเหล่านี้คือแรงยืดหยุ่น

2. กฎของฮุค

มาใส่ประสบการณ์กันเถอะ

เราจะระงับตุ้มน้ำหนักที่เหมือนกันจากสปริง เราจะสังเกตเห็นว่าการยืดตัวของสปริงนั้นแปรผันตามจำนวนน้ำหนัก (รูปที่ 15.3)

นี่หมายความว่า การเสียรูปของสปริงเป็นสัดส่วนโดยตรงกับแรงยืดหยุ่น.

ให้เราแสดงถึงความผิดปกติ (การยืดตัว) ของสปริง

x = ลิตร – ลิตร 0 , (1)

โดยที่ l คือความยาวของสปริงที่มีรูปร่างผิดปกติและ l 0 คือความยาวของสปริงที่ไม่มีรูปทรง (รูปที่ 15.4) เมื่อสปริงยืดออก x > 0 และเส้นโครงของแรงยืดหยุ่นที่กระทำต่อด้านข้างของสปริงคือ F x< 0. Следовательно,

Fx = –kx (2)

เครื่องหมายลบในสูตรนี้เตือนเราว่าแรงยืดหยุ่นที่ใช้จากด้านข้างของร่างกายที่ผิดรูปนั้นตรงข้ามกับการเสียรูปของร่างกายนี้: สปริงที่ยืดออกมีแนวโน้มที่จะถูกบีบอัด และสปริงที่ถูกบีบอัดมีแนวโน้มที่จะยืดออก

สัมประสิทธิ์ k เรียกว่า ความแข็งของสปริง- ความแข็งขึ้นอยู่กับวัสดุสปริง ขนาด และรูปร่าง หน่วยของความแข็งคือ 1 N/m

เรียกว่าความสัมพันธ์ (2) กฎของฮุคเพื่อเป็นเกียรติแก่นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ Robert Hooke ผู้ค้นพบรูปแบบนี้ กฎของฮุคนั้นใช้ได้เมื่อการเสียรูปไม่ใหญ่เกินไป (ปริมาณของการเสียรูปที่อนุญาตนั้นขึ้นอยู่กับวัสดุที่ใช้สร้างตัวถัง)

สูตร (2) แสดงว่าโมดูลัสของแรงยืดหยุ่น F มีความสัมพันธ์กับโมดูลัสของการเปลี่ยนรูป x โดยความสัมพันธ์

จากสูตรนี้จะตามมาว่ากราฟของการขึ้นต่อกัน F(x) คือส่วนของเส้นตรงที่ผ่านจุดกำเนิดของพิกัด

5. รูปที่ 15.5 แสดงกราฟของโมดูลัสแรงยืดหยุ่นเทียบกับโมดูลัสการเปลี่ยนรูปของสปริงสามตัว
ก) สปริงใดมีความแข็งมากที่สุด?
b) สปริงที่นุ่มที่สุดมีความแข็งเท่าใด?

6. มวลใดที่ต้องแขวนไว้จากสปริงที่มีความแข็ง 500 นิวตัน/เมตร เพื่อให้สปริงยืดได้เป็น 3 ซม.

สิ่งสำคัญคือต้องแยกแยะความยืดของสปริง x จากความยาว l ความแตกต่างระหว่างพวกเขาแสดงโดยสูตร (1)

7. เมื่อแขวนของหนัก 2 กก. จากสปริง ความยาวของสปริงคือ 14 ซม. และเมื่อแขวนของหนัก 4 กก. ความยาวของสปริงคือ 16 ซม.
ก) ความแข็งของสปริงคืออะไร?
b) สปริงที่ไม่มีรูปทรงมีความยาวเท่าใด?

3. การเชื่อมต่อสปริง

การเชื่อมต่อแบบอนุกรม

ลองใช้สปริงหนึ่งอันที่มีความแข็ง k (รูปที่ 15.6, a) หากคุณยืดออกด้วยแรง (รูปที่ 15.6, b) การยืดตัวของมันจะแสดงโดยสูตร

ตอนนี้ใช้สปริงชนิดเดียวกันอันที่สองแล้วเชื่อมต่อสปริงดังแสดงในรูปที่ 15.6, c ในกรณีนี้สปริงจะต่อกันเป็นอนุกรม

ให้เราค้นหาความแข็ง k ของระบบสุดท้ายของสปริงสองตัวที่เชื่อมต่อกันแบบอนุกรม

หากคุณยืดระบบสปริงด้วยแรง แรงยืดหยุ่นของสปริงแต่ละอันจะเท่ากันในโมดูลัส F การยืดตัวรวมของระบบสปริงจะเท่ากับ 2x เนื่องจากแต่ละสปริงจะยืดออกด้วย x (รูปที่ 15.6, ง)

เพราะฉะนั้น,

k สุดท้าย = F/(2x) = ½ F/x = k/2,

โดยที่ k คือความแข็งของสปริงหนึ่งอัน

ดังนั้น, ความแข็งแกร่งของระบบของสปริงที่เหมือนกันสองตัวที่เชื่อมต่อกันเป็นอนุกรมนั้นน้อยกว่าความแข็งแกร่งของสปริงแต่ละตัวถึง 2 เท่า

หากสปริงที่มีความแข็งต่างกันเชื่อมต่อกันแบบอนุกรม แรงยืดหยุ่นของสปริงจะเท่ากัน และความยืดรวมของระบบสปริงจะเท่ากับผลรวมของการยืดตัวของสปริง ซึ่งแต่ละส่วนสามารถคำนวณได้โดยใช้กฎของฮุค

8. จงพิสูจน์ว่าเมื่อสปริงสองตัวต่อกันแบบอนุกรม
1/k สุดท้าย = 1/k 1 + 1/k 2 , (4)
โดยที่ k 1 และ k 2 คือความแข็งของสปริง

9. ความแข็งของระบบของสปริงที่ต่อกันแบบอนุกรมสองตัวที่มีความแข็ง 200 นิวตัน/เมตร และ 50 นิวตัน/เมตร เป็นเท่าใด

ในตัวอย่างนี้ ความแข็งของระบบของสปริงสองตัวที่เชื่อมต่อกันแบบอนุกรมกลายเป็นว่าน้อยกว่าความแข็งของสปริงแต่ละตัว เป็นเช่นนี้เสมอหรือไม่?

10. จงพิสูจน์ว่าความแข็งของระบบของสปริงสองตัวที่ต่ออนุกรมกันนั้นน้อยกว่าความแข็งของสปริงตัวใดตัวหนึ่งที่ประกอบกันเป็นระบบ

การเชื่อมต่อแบบขนาน

รูปที่ 15.7 ทางด้านซ้ายแสดงสปริงที่เหมือนกันซึ่งเชื่อมต่อแบบขนาน

ให้เราแสดงว่าความแข็งของสปริงตัวหนึ่งเป็น k และความแข็งของระบบสปริงเป็นคู่ k

11. พิสูจน์ว่า k คู่ = 2k

เบาะแส. ดู รูปภาพ 15.7

ดังนั้นความแข็งแกร่งของระบบของสปริงที่เชื่อมต่อแบบขนานสองตัวที่เหมือนกันจึงมากกว่าความแข็งแกร่งของแต่ละสปริงถึง 2 เท่า

12. จงพิสูจน์ว่าเมื่อสปริงที่มีความแข็ง k 1 และ k 2 เชื่อมต่อกันแบบขนาน

k คู่ = k 1 + k 2 . (5)

เบาะแส. เมื่อสปริงเชื่อมต่อแบบขนาน การยืดตัวจะเท่ากัน และแรงยืดหยุ่นที่กระทำจากระบบสปริงจะเท่ากับผลรวมของแรงยืดหยุ่น

13. สปริงสองตัวที่มีความแข็ง 200 N/m และ 50 N/m เชื่อมต่อแบบขนานกัน ความแข็งของระบบสปริงทั้งสองคืออะไร?

14. จงพิสูจน์ว่าความแข็งของระบบของสปริงที่ต่อขนานกันสองตัวมีค่ามากกว่าความแข็งของสปริงตัวใดตัวหนึ่งที่ประกอบกันเป็นระบบ

คำถามและงานเพิ่มเติม

15. สร้างกราฟของโมดูลัสของแรงยืดหยุ่นเทียบกับการยืดตัวของสปริงที่มีความแข็ง 200 N/m

16. ให้ลากรถเข็นที่มีมวล 500 กรัมไปตามโต๊ะโดยใช้สปริงที่มีความแข็ง 300 N/m โดยใช้แรงในแนวนอน แรงเสียดทานระหว่างล้อรถเข็นกับโต๊ะสามารถละเลยได้ ถ้ารถเข็นเคลื่อนที่ด้วยความเร่ง 3 m/s 2 จะมีการยืดตัวของสปริงเป็นเท่าใด

17. แรงดึงมวล m ถูกแขวนไว้จากสปริงที่มีความแข็ง k การยืดตัวของสปริงเมื่อมวลหยุดนิ่งเป็นเท่าใด

18. สปริงที่มีความแข็ง k ถูกตัดออกครึ่งหนึ่ง สปริงที่ได้แต่ละอันมีความแข็งเป็นเท่าใด?

19. สปริงที่มีความแข็ง k ถูกตัดเป็นสามส่วนเท่าๆ กัน และต่อขนานกัน ความแข็งของระบบสปริงที่เกิดขึ้นคืออะไร?

20. จงพิสูจน์ว่าความแข็งของสปริงที่เหมือนกันซึ่งต่ออนุกรมกันนั้นน้อยกว่าความแข็งของสปริงตัวหนึ่ง n เท่า

21. จงพิสูจน์ว่าความแข็งของสปริงที่เหมือนกัน n ตัวที่ต่อขนานกันนั้นมากกว่าความแข็งของสปริงตัวเดียว n เท่า

22. ถ้าสปริงสองตัวต่อขนานกัน ความแข็งของระบบสปริงจะเท่ากับ 500 นิวตัน/เมตร และถ้าสปริงตัวเดียวกันต่อกันแบบอนุกรม ความแข็งของระบบสปริงจะเท่ากับ 120 นิวตัน/เมตร สปริงแต่ละอันมีความแข็งเท่าไหร่?

23. บล็อกที่อยู่บนโต๊ะเรียบจะถูกยึดเข้ากับจุดตั้งในแนวตั้งด้วยสปริงที่มีความแข็ง 100 N/m และ 400 N/m (รูปที่ 15.8) ในสถานะเริ่มต้น สปริงจะไม่เสียรูป แรงยืดหยุ่นที่กระทำต่อบล็อกจะเป็นเท่าใดหากเลื่อนไปทางขวา 2 ซม. ไปทางซ้าย 3 ซม.?