Пошук по сайту


Закон Гука

Закон Гука

Сторінка1/5
  1   2   3   4   5
Завдання з фізики для 10 класу на час карантину.

§§ 24-34 за підручником “Фізика” Гончаренко С.У.
Властивості твердих тіл

Тверде тіло – агрегатний стан речовини, який характеризується стабільністю форми в нормальних умовах і тим, що атоми в ньому здійснюють малі коливання навколо певних фіксованих положень рівноваги. За характером розміщення рівноважних положень атомів тверді тіла поділяють на кристалічні й аморфні.

Аморфний стан — твердий стан речовини, який характеризується ізотропією властивостей і відсутністю точки плавлення. З підвищенням температури аморфна речовина розм'якшується й переходить у рідкий стан поступово. Ці особливості зумовлені відсутністю в речовини в аморфному стані строгої періодичності, властивої кристалам, у розміщенні атомів, іонів, молекул та їх груп на відстані сотень і тисяч періодів кристалічної решітки. У речовин в аморфному стані існує близький порядок у розміщенні сусідніх частинок.

До аморфних тіл належать смола, скло, пластмаси.

Кристали – тверді тіла, атоми й молекули яких займають певне, упорядковане положення у просторі. Кристалам властива анізотропія фізичних властивостей ( їх залежність від вибраного в кристалі напрямку), наявність температури плавлення, також властивості кристала зумовлюються видом кристалічної решітки. На малюнку 47 показано приклади простих кристалічних решіток: 1 – проста кубічна; 2 – гранецентрована кубічна; 3 – об’ємноцентрована кубічна; 4 – гексагональна решітка.

Кристали поділяються на чотири типи: іонні, атомні, металічні, молекулярні.
Рідкі кристали – речовини в стані, проміжному між твердими кристалічним і ізотропним рідким. Зберігаючи основні особливості рідин, наприклад текучість, вони мають характерну властивість твердих кристалів – анізотропію фізичних властивостей.

Механічні властивості твердих тіл

Механічні властивості матеріалів — здатність матеріалів протистояти деформуванню і руйнуванню, пруж­но й пластично деформуватися під дією зовнішніх меха­нічних сил.

Деформація — зміна форми чи розмірів тіла (або частин тіла) під дією зовнішніх механічних сил, нагрі­вання чи охолодження, під дією електричного й магнітного полів та інших впливів, які зумовлюють зміну відносного розміщення частинок тіла. Внаслідок деформації змінюються між­атомні відстані та відбувається перегрупування блоків атомів. У твердих тілах розрізняють пружну й пластичну деформацію.

Пружна деформація — деформація, яка зникає після припинення дії зовнішньої сили.

Плас­тична деформація — деформація, в результаті якої змі­нюються розміри й форма тіла, що не зникають після припинення дії зовнішньої сили. Тіло, яке зазнало плоскої деформації, зберігає частково чи повністю набуту форму й змінені розміри. Найпростіші види плоскої деформації тіла в цілому — розтяг, стиск, згин, кручення.

Закон Гука – закон, за яким сила пружності, що виникає під час деформації тіла, пропорційна видовженню тіла і напрямлена протилежно напряму переміщення частинок тіла під час деформації. Встановлений у 1660 р. англійським ученим Р. Гуком:

Fпр.= -k∆l,

де k – жорсткість тіла,

l – його видовження.

Механічна напруга — міра внутрішніх сил, які виникають у деформованому тілі під дією зовнішніх впли­вів. Визначається відношенням модуля сили пружності Fпр до площі поперечного перерізу S:

.

Розтяг (стиск) — найпростіша деформація, яка ви­никає в стержні, коли до його кінців прикладено сили, спрямовані вздовж осі стержня в протилежні сторони.

Ви­довження Δl стержня довжиною l0 при пружних деформа­ціях визначається формулою:

,

де Е—модуль пружності (модуль Юнга).

Жорсткість — здатність тіла або конструкції про­тидіяти виникненню деформацій при заданому типі наван­таження: чим більша жорсткість, тим менша деформація. У ви­падку виконання закону Гука жорсткість характеризується мо­дулем пружності (Юнга): має істотне значення під час розрахунків конструкцій на стійкість. Під жорсткістю розуміють також коефіцієнт пропорційності k у формулі закону Гука.

Модуль Юнга (модуль пружності) (Е) — величина, яка характеризує здатність матеріалів протидіяти дефор­мації розтягу. Дорівнює відношенню механічної напру­ги σ до відносного видовження ε, спричиненого цією напругою в напрямі її дії.

Закон Гука можна записати також у вигляді: ,

де ε –відносне видовження .

Діаграма розтягу твердих тіл (мал. 48)

Ділянка ОА – при малих деформаціях напруга σ прямо пропорційна відносному видовженню ε. Виконується закон Гука. Деформація пружна.

Ділянка АВ. Закон Гука не виконується, але деформація пружна. Максимальна напруга, при якій ще не виникає помітна залишкова деформація, називається межею пружності σпруж.

Ділянка ВС – пластична деформація.

Ділянка СD – ділянка текучості матеріалу. Подовження відбувається практично без збільшення навантаження.

Ділянка DЕ – подовження відбувається при значному збільшенні навантаження.

При досягненні максимального значення механічної напруги σмм (межа міцності) матеріал розтягується без збільшення зовнішнього навантаження до самого руйнування в точці К.

Запас міцності (n) визначається відношенням межі міцності σмм до допустимої механічної напруги σдоп : .

Крихкість – властивість матеріалу руйнуватися внаслідок невеликої ( здебільшого пружної) деформації.

Міцність твердих тіл у широкому розумінні — властивість твердих тіл протидіяти руйнуванню (поділу на частини), а також необоротній зміні форми (пластичній деформації) під дією зовнішніх навантажень, у вузькому розумінні — опір руйнуванню. Міцність твердих тіл обумовлена в кінцевому результаті силами взаємодії між атомами чи іонами, з яких складається тіло.

Пластичність – властивість матеріалу твердих тіл зберігати залишкові (пластичні) деформації після припинення дії зовнішніх сил, які спричинили деформацію.

5. Плазма

Плазма – частково або повністю іонізований газ. Високотемпературна плазма виникає при надвисоких температурах ( більших 105 К) внаслідок термічної іонізації молекул газа. Низькотемпературна плазма ( до 103 – 104 К) виникає під час самостійного розряду в газі або бомбардуванні атомів газу швидкими зарядженими частинками.
Методичні рекомендації щодо розв’язування задач

У задачах на відносну вологість і температуру точки роси слід звертати увагу на те, що густина водяної пари у повітрі змінюється і досягає максимуму, коли пара стає насиченою. Відповідні значення густини і тиску насиченої водяної пари при певній температурі подано у таблиці 9 (див. додатки).

Рівняння Мендєлєєва-Клапейрона можна застосовувати для ненасиченої водяної пари та для сухої насиченої пари, у цьому випадку об’єм V у рівнянні буде об’ємом, який займає пара. Слід також пам’ятати, що при зміні тиску, температури чи об’єму пари змінюється також її маса ( внаслідок випаровування або конденсації).

У багатьох задачах на поверхневий натяг розглядаються тонкі плівки ( найчастіше мильні). Треба пам’ятати, що якими тонкими вони б не були, вони мають дві поверхні – зовнішню і внутрішню, уздовж кожної з яких діють сили поверхневого натягу. Якщо поверхневий натяг виражають методом відриву крапель, то діаметр шийки краплі вважають таким, що дорівнює діаметру капіляра.

У задачах, пов’язаних з визначенням висоти підйому рідини в капілярі, слід виходити з умови рівноваги стовпчика рідини: різниця тисків на стовпчик рідини знизу й зверху має дорівнювати гідростатичному тиску стовпчика рідини на його основу.

Основні розрахункові задачі на властивості твердих тіл зводяться до застосування поняття напруги, закону Гука, застосування понять границі міцності і коефіцієнта запасу міцності. Часто у задачах треба визначити можливість розривання тіла за певних умов. У цих випадках за законом Гука обчислюють напругу σ, яка діє на тіло, і порівнюють її з границею міцності σм, яка є сталою величиною для певної речовини.

ЗАДАЧІ . Механічні властивості твердих тіл

3.61 До закріпленої одним кінцем дротини, діаметр якої 2 мм, підвісили вантаж масою 10 кг. Визначити механічну напругу в дротині.

3.62 На дві дротини, діаметри яких відрізняються в три рази, діють однакові розтягуючі сили. Порівняти напруги, які виникають у дротинах.

3.63 Балка завдовжки 5 м, яка має площу поперечного перерізу 100 см ², під дією сил по 10 кН, прикладених до її кінців, стиснулася на 1 см. Визначити відносний стиск і механічну напругу.

3.64 При розтягуванні алюмінієвої дротини завдовжки 2 м у ній виникла механічна напруга 35 МПа. Визначити відносне та абсолютне видовження.

3.65 Визначити напругу, яка виникає в стальному тросі, при його відносному видовженні 0,001.

3.66 У скільки разів абсолютне видовження мідної дротини більше, ніж стальної (такої самої довжини і такого самого поперечного перерізу), коли на них діють однакові розтягуючі сили?

3.67 До кінців сталевої дротини, що має довжину 3 м і переріз 1 мм ², приклали розтягуючі сили по 200 Н кожна. Визначити абсолютне і відносне видовження.

3.68 З гумового шнура завдовжки l = 42 см радіу­са R = 3 мм виготовлено рогатку. Хлопчик, стріляючи з неї, розтягнув шнур на = 20 см. Визначити модуль Юнга Е для цієї гуми, якщо відомо, що камінь масою m = 20 г, випущений з рогатки, полетів зі швидкістю υ = 20 м/с. Зміною перерізу шнура при розтягу знехтувати.

3.69 Які сили треба прикласти до кінців стальної дротини, довжиною 4 м і з перерізом 0,5 мм ², щоб видовжити її на 2 мм?

3.70 У скільки разів відносне видовження риболовної жилки діаметром 0,2 мм більше, ніж жилки діаметром 0,4 мм, якщо до їх кінців прикласти однакову силу?

3.71 До дротини було причеплено вантаж. Потім дротину зігнули пополам і причепили той самий вантаж. Порівняти абсолютне і відносне видовження дротини в обох випадках.

3.72 На капроновій риболовній жилці написано: Ø 0,12 мм, розривне навантаження 0,75 кг. Визначити границю міцності на розрив даного сорту капрону.

3.73 Із скількох стальних дротин діаметром 2 мм має складатися трос, розрахований на піднімання вантажу масою 2 т, якщо коефіцієнт запасу міцності становить 3?

3.74 Під час океанологічних досліджень, щоб взяти пробу ґрунту з дна океану, на сталевому тросі опускають особливий прилад. Яка гранична глибина занурення? Масою приладу знехтувати.

3.75 Якого перерізу має бути залізний стержень завдовжки l = 1,5 м, щоб при навантаженні Р = 5000 Н він видовжувався не більш як на 0,3 мм? Модуль пружності (мо­дуль Юнга) заліза Е = 19,6 ∙1010 Н/м2.

3.76 Для вимірювання глибини моря з пароплава спустили гирю на стальному тросі. Нехтуючи вагою гирі порівняно з вагою троса, Визначити найбільшу глибину, яку можна виміряти таким способом. Межа міцності сталі σм = 6,86∙108 Па, густина води ρ= 1000 кг/м3, густина сталі = 7700 кг/м3.

3.77 Який мінімальний поперечний переріз має бути в алюмінієвого стержня, щоб до нього можна було підві­сити вантаж масою 200 кг при коефіцієнті запасу міцності 5? Межа міцності алюмінію на розтяг 100 МПа.

3.78 Сталевий канат, що витримує вагу нерухо­мої кабіни ліфта, має діаметр 9 мм. Яким має бути діаметр каната, якщо кабіна ліфта при раптовій зупинці може мати прискорення до 8g?

3.79 Брусок площею поперечного перерізу S = 4 см2 під навантаженням 10000 Н видовжується на 0,025% початкової довжини. Визначити модуль пружності для ма­теріалу бруска. Вважати, що видовження бруска лежить в межах пружної деформації.

3.80 Якої максимальної висоти може бути цегляний будинок, якщо допустима напруга цегляної викладки σд = 0,9 · 106 Н/м2?

3.81 Якого діаметру має бути сталевий стержень гака підйомного крана, розрахованого на піднімання вантажу масою 8∙103 кг, щоб він забезпечував шестикратний запас міцності? Границя міцності сталі 108 Па?

3.82 Чому дорівнює абсолютне видовження мідної дротини довжиною 50 м і площею поперечного перерізу 20 мм2, якщо вона витримує поздовжнє навантаження 600 Н? Модуль Юнга для міді 130 ГПа.
§§ 35-45 за підручником “Фізика” Гончаренко С.У.
Розділ ІV Термодинаміка

Термодинаміка – розділ фізики, який вивчає загальні властивості макроскопічних систем, що знаходяться в стані термодинамічної рівноваги без урахування атомно-молекулярної будови речовини.

1. Способи зміни внутрішньої енергії тіла

Внутрішня енергія (U) — енергія макроскопічного тіла, яка включає в себе енергію хаотичного (теплового) руху всіх мікрочастинок системи (кінетичну енергію) і енергію взаємо­дії цих частинок (потенціальну енергію).

Внутрішня енергія змінюється: 1) при теплообміні (теплопередачі) та 2) при здійсненні роботи над тілом ( чи самим тілом).

1) Теплообмін (або теплопередача) – зміна внутрішньої енергії речовини, зумовлена різницею температур. Здійснюється за рахунок взаємних перетворень рухів на мікроскопічному рівні.

Існує три способи теплообміну:

  • теплопровідність;

  • конвекція;

  • випромінювання.

Кількість теплоти (Q) — міра внутрішньої енергії, переданої в процесі теплообміну від одного макроскопіч­ного тіла до іншого без виконання роботи.

Одиниця кількості теплоти – джоуль, [Q]= 1 Дж.

Рівняння теплового балансу описує теплообмін у замкненій системі: ,

де - сумарна кількість теплоти, одержана тілом при теплообміні;

- сумарна кількість теплоти, віддана тілом при теплообміні.

Кількість теплоти, яка необхідна для нагрівання тіла і яка виділяється при охолодженні тіла, розраховується за формулою: ,

де с – питома теплоємність речовини;

m – маса тіла;

T – зміна температури тіла.

Питома теплоємність (с) – фізична величина, яка показує, яку кількість теплоти отримує або віддає 1 кг речовини при зміні її температури на 1 К ( або 1 оС).
  1   2   3   4   5

поділитися в соціальних мережах



Схожі:

Закон збереження моменту імпульсу
Однорідного стрижня, відносно осі, що проходить через його середину І перпендикулярна до нього

Закон України «Про освіту»
Орієнтовний перелік загальношкільних заходів (засідань педагогічної ради, семінарів, конференцій, тощо)

Закон діючих мас описує залежність швидкості хімічних реакцій від
При порівнянні оксигеновмісних кислот Хлору за силою І окисними властивостями можна

Закон України “Про загальну середню освіту” (ст. 16 п. 5; ст. 33; ст. 34 п. 2)
Даному питанню з боку адміністрації школи приділяється постійна увага. Систематично здійснюється цілеспрямований контроль за веденням...

Закон України «Про освіту»
Департамент освіти І науки Хмельницької обласної державної адміністрації надсилає до відома та використання в роботі методичні рекомендації...

Оцінка стану І проблеми закон
Оцінка стану І проблеми законодавчого регулювання водоохоронних зон водних об’єктів україни

Закон України “Про інформацію” (02. 11. 92)
Закони України “Про Національний банк України”, “Про банки І банківську діяльність” та “Про платіжні системи та переказ грошей в...

Пам’яті видатного мислителя
Ньютоном, уперше опублікований закон заломлення світла. Хто ж він – людина та вчений, французький дворянин, випускник ієзуїтського...



База даних захищена авторським правом © 2017
звернутися до адміністрації

geo.lekciya.com.ua
Головна сторінка