Механические свойства твердых тел. Виды деформаций. Модуль Юнга.

Деформация – явление изменения формы или объема твердого тела под действием внешних сил.

Механическое напряжение (σ) – скалярная физическая величина, характеризующая состояние деформированного тела, численно равная отношению модуля силы упругости F к площади поперечного сечения тела S:

В системе SI за единицу механического напряжения принимают 1 Па, как и для давления: .

Предел пропорциональности ( ) – точка А на диаграмме растяжений; напряжение, при котором еще выполняется закон Гука.

Упругость – свойство твердых тел восстанавливать свою форму и объем после прекращения действия силы.

Остаточная деформация остается в теле после прекращения действия силы.

Пластичность – свойство твердых тел приобретать остаточную деформацию.

Предел упругости ( ) – точка В на диаграмме растяжений; напряжение, при котором в теле начинает возникать остаточная деформация.

Прочность – способность материала сопротивляться разрушению и остаточной деформации, возникающим вследствие внешних влияний.

Предел прочности ( ) – точка Е на диаграмме растяжений.

Запас прочности (коэффициент безопасности) – число, показывающее, во сколько раз предел прочности превышает допустимое значение.

Абсолютное удлинение: .

Относительное удлинение .

Модуль Юнга Е (модуль упругости) – скалярная физическая величина, характеризующая способность вещества к упругой деформации, численно равен такому механическому напряжению, при котором длина образца увеличилась бы в два раза.

В системе SI: .

Виды деформаций:

1) Растяжение (сжатие – отрицательное растяжение). Для случая упругих деформаций растяжения сформулирован закон Гука: при малых деформациях механическое напряжение прямо пропорционально механическому напряжению: .

Деформации растяжения подвергаются тросы при поднятии грузов, буксировке, балки строительных ферм и т.д.; деформации сжатия – колонны и фундаменты зданий, стены домов и т.д.

2) Сдвиг – возникает под действием сил, приложенных к двум противоположным граням тела. Закон Гука для деформации сдвига: угол сдвига α прямо пропорционален силе, приходящейся на единицу площади тела: , k – коэффициент сдвига.

3) Кручение – возникает в стержне, один коней которого закреплен, а к другому приложены две равные, но противоположно направленные силы. Закон Гука: угол закручивания φ прямо пропорционален моменту силы М и длине стержня l: , μ – коэффициент кручения.