Якщо на середину дошки, що лежить горизонтально на двох опорах, поставити вантаж, то під дією сили тяжіння деякий час вантаж рухатиметься вниз, прогинаючи дошку, а потім зупиниться.
Цю зупинку можна пояснити тим, що окрім сили тяжіння, спрямованої вниз, на дошку подіяла інша сила, спрямована вгору. При русі вниз дошка деформується, при цьому виникає сила, з якою опора діє тіло, що лежить на ній. І ця сила спрямована вгору, тобто в бік, протилежний силі тяжіння. Таку силу називають силою пружності. Коли сила пружності стає рівною силі тяжіння, що діє тіло, опора і тіло зупиняються.
Сила пружності – це сила, що виникає при деформації тіла (тобто при зміні його форми, розмірів) і завжди спрямована у бік, протилежний силі, що деформує.
Причина виникнення сили пружності
Причиною виникнення сил пружності є взаємодія молекул тіла. На малих відстанях молекули відштовхуються, але на великих – притягуються. Звичайно йдеться про відстані порівняні із розмірами самих молекул.
Природа сили пружності електромагнітна
У недеформованому тілі молекули знаходяться на такій відстані, при якій сили притягання та відштовхування врівноважуються. При деформації тіла (при розтягуванні чи стисканні) відстані між молекулами змінюються – починають переважати або сили притягання, або – відштовхування. Внаслідок цього і виникає сила пружності, яка завжди спрямована так, щоб зменшити величину деформації тіла.
Закон Гука
Наукове дослідження процесів розтягування та стискання тіл розпочав у XVII ст. Роберт Гук (1635-1703). Результатом роботи вченого став закон, який згодом отримав назву закон Гука.
Якщо до пружини повісити один важок, то ми побачимо, що пружина деформувалася – подовжилася на деяку величину х. Якщо до пружини підвісити два однакові важки, то побачимо, що подовження стало вдвічі більше. Подовження пружини прямо пропорційне силі пружності.
Сила пружності, що виникає при деформації тіла, за модулем пропорційна видовженню тіла і спрямована так, що прагне зменшити величину деформації тіла.
Закон Гука:
У разі малих пружних деформацій розтягнення або стиснення сила пружності прямо пропорційна видовженню тіла і завжди намагається повернути тіло в недеформований стан
Закон Гука справедливий тільки для пружних деформацій, тобто таких видів деформації, які зникають після того як сила, що деформує, перестає діяти !!!
Закон Гука можна записати у вигляді формули:
где k – жорсткість пружини;
х – видовження пружини (х = l – l0 , где l0 – початкова довжина пружини (до деформації, l – кінцева довжина пружини (після деформації));
знак “–” показує, що сила пружності завжди спрямована у протилежний бік деформуючої сили.
Жорсткість тіла можна визначити, скориставшись законом Гука:
Одиниця жорсткості в СІ – ньютон на метр: [k]=Н/м
Увага!!!!
Жорсткість – це характеристика тіла, тому вона не залежить ані від сили пружності, ані від видовження. Жорсткість залежить від форми та розмірів тіла, а також від матеріалу, з якого тіло виготовлене.
“Різновиди” сили пружності
Силу пружності, що діє із боку опори, називають силою нормальної реакції опори. Нормальна від слова “нормаль”, тобто реакція опори завжди перпендикулярна поверхні.
Силу пружності, що діє з боку підвісу, називають силою натягу нитки (підвісу).
Ці різні назви для сили пружності ведені виключно для зручності під час розв’язування задач, коли потрібно робити пояснювальні рисунки.