[править | править вики-текст]

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Деформа́ция (от лат. deformatio — «искажение») — изменение взаимного положения частиц тела, связанное с их перемещением относительно друг друга. Деформация представляет собой результат изменения межатомных расстояний и перегруппировки блоков атомов. Обычно деформация сопровождается изменением величин межатомных сил, мерой которого является упругое механическое напряжение.

Деформации разделяют на обратимые (упругие) и необратимые (пластические, ползучести). Упругие деформации исчезают после окончания действия приложенных сил, а необратимые — остаются. В основе упругих деформаций лежат обратимые смещения атомов металлов от положения равновесия (другими словами, атомы не выходят за пределы межатомных связей); в основе необратимых — необратимые перемещения атомов на значительные расстояния от исходных положений равновесия (то есть выход за рамки межатомных связей, после снятия нагрузки переориентация в новое равновесное положение).

Пластические деформации — это необратимые деформации, вызванные изменением напряжений. Деформации ползучести — это необратимые деформации, происходящие с течением времени. Способность веществ пластически деформироваться называется пластичностью. При пластической деформации металла одновременно с изменением формы меняется ряд свойств — в частности, при холодном деформировании повышается прочность.

Содержание

  [убрать] 

·         1 Виды деформации

·         2 Изучение деформации

·         3 Причины возникновения деформации твёрдых тел

·         4 Упругая и пластическая деформация

·         5 Сплошность

·         6 Простейшая элементарная деформация

·         7 Измерение деформации

·         8 Литература

·         9 См. также

·         10 Ссылки

·         11 Примечания

Диаграмма, показывающая зависимость между механическим напряжением (σ) и деформацией (ε) обобщённого материала. Слева — упругие деформации, справа — пластические

Наиболее простые виды деформации тела в целом:

·         растяжение-сжатие,

·         сдвиг,

·         изгиб,

·         кручение.

В большинстве практических случаев наблюдаемая деформация представляет собой совмещение нескольких одновременных простых деформаций. В конечном счёте, любую деформацию можно свести к двум наиболее простым: растяжению (или сжатию) и сдвигу.

Деформация физического тела вполне определяется, если известен вектор перемещения каждой его точки.

Деформация твёрдых тел в связи со структурными особенностями последних изучается физикой твёрдого тела, а движения и напряжения в деформируемых твёрдых телах — теорией упругости и пластичности. У жидкостей и газов, частицы которых легкоподвижны, исследование деформации заменяется изучением мгновенного распределения скоростей.

Деформация твёрдого тела может явиться следствием фазовых превращений, связанных с изменением объёма, теплового расширения, намагничивания (магнитострикция), появления электрического заряда (пьезоэлектрический эффект) или же результатом действия внешних сил.

Основная статья: Упругая деформация

Деформация называется упругой, если она исчезает после удаления вызвавшей её нагрузки (то есть тело возвращается к первоначальным размерам и форме), и пластической, если после снятия нагрузки деформация не исчезает (или исчезает не полностью).

Все реальные твёрдые тела при деформации в большей или меньшей мере обладают пластическими свойствами. При некоторых условиях пластическими свойствами тел можно пренебречь, как это и делается в теории упругости. Твёрдое тело с достаточной точностью можно считать упругим, то есть не обнаруживающим заметных пластических деформаций, пока нагрузка не превысит некоторого предела (предел упругости).

Природа пластической деформации может быть различной в зависимости от температуры, продолжительности действия нагрузки или скорости деформации. При неизменной нагрузке, приложенной к телу, деформация изменяется со временем; это явление называется ползучестью. С возрастанием температуры скорость ползучести увеличивается. Частными случаями ползучести являются релаксация и упругое последействие. Одной из теорий, объясняющих механизм пластической деформации, является теория дислокаций в кристаллах.

В теории упругости и пластичности тела рассматриваются как «сплошные». Сплошность (то есть способность заполнять весь объём, занимаемый материалом тела, без всяких пустот) является одним из основных свойств, приписываемых реальным телам. Понятие сплошности относится также к элементарным объёмам, на которые можно мысленно разбить тело. Изменение расстояния между центрами каждых двух смежных бесконечно малых объёмов у тела, не испытывающего разрывов, должно быть малым по сравнению с исходной величиной этого расстояния.

Простейшей элементарной деформацией является относительное удлинение некоторого элемента:

ϵ=(l2−l1)/l1

где

·        l2 — длина элемента после деформации;

·        l1 — исходная длина этого элемента.

На практике чаще встречаются малые деформации — такие, что ϵ≪1.

Измерение деформации производится либо в процессе испытания материалов с целью определения их механических свойств, либо при исследовании сооружения в натуре или на моделях для суждения о величинах напряжений. Упругие деформации весьма малы, и их измерение требует высокой точности. Измерение деформаций называется тензометрией; измерения обычно производятся с помощью тензометров. Кроме того, широко применяются резистивные тензодатчики, поляризационно-оптический метод исследования напряжения, рентгеноструктурный анализ. Для суждения о местных пластических деформациях применяют накатку на поверхности изделия сетки, покрытие поверхности легко растрескивающимся лаком или хрупкими прокладками и т. д.

В Викисловаре есть статья«деформация»

·        Работнов Ю. Н. Сопротивление материалов. — М.: Физматгиз, 1962.

·        Кузнецов В. Д. Физика твердого тела. — 2-е изд. — Томск, 1941—1947. — Т. 2—4.

·        Седов Л. И. Введение в механику сплошной среды. — М.: Физматгиз, 1962.

Лабораторная работа

Тема: Исследование зависимости силы упругости от удлинения пружины. Измерение жесткости пружины.

Цель работы: исследовать, как зависит сила упругости пружины от удлинения пружины, и измерить жесткость пружины.

Оборудование:

·         штатив с муфтой и лапкой;

·         спиральная пружина;

·         набор грузов, масса каждого 0,1 кг;

·         линейка.

Сила тяжести грузов, подвешенных к пружине, уравновешивается силой упругости, возникающей в пружине. При изменении числа грузов, подвешенных к пружине, изменяется ее удлинение и сила упругости. По закону Гука F_упр = k│∆ℓ│, где ∆ℓ - удлинение пружины, k – жесткость пружины. По результатам нескольких опытов постройте график зависимости модуля силы упругости F_упр от модуля удлинения │∆ℓ│. При построении графика по результатам опыта экспериментальные точки могут не оказаться на прямой, которая соответствует формуле F_упр = k│∆ℓ│. Это связано с погрешностями измерения. В этом случае график надо проводить так, чтобы примерно одинаковое число точек оказалось по разные стороны от прямой. После построения графика сделайте вывод о зависимости силы упругости от удлинения пружины.

Возьмите точку на прямой (в средней части графика) и определите по графику соответствующие этой точке значения силы упругости и удлинения и вычислите жесткость k. Она и будет искомым средним значением жесткости пружины.  

Указания к работе

1. Закрепите на штативе конец спиральной пружины.

2. Рядом с пружиной установите и закрепите линейку.

3.Отметьте и запишите то деление линейки, против которого приходится стрелка-указатель пружины.

4. Подвесьте груз известной массы и измерьте вызванное им удлинение пружины.

5. К первому грузу добавьте второй, третий и четвертый грузы, записывая каждый раз удлинение │∆ℓ│пружины. По результатам измерений составьте таблицу:

6. По результатам измерений постройте график зависимости силы упругости от удлинения и , пользуясь им, определите среднее значение жесткости пружины k_ср

k_ср = F / │∆ℓ│

Историческое дополнение

 Английский естествоиспытатель Роберт Гук   родился во Фрешуотере, графство Айл-оф-Уайт (остров Уайт), в семье священника местной церкви. В 1653 году поступил в Крайст-Чёрч-колледж Оксфордского университета, где впоследствии стал ассистентом Р. Бойля. В 1662 году был назначен куратором экспериментов при только что основанном Королевском обществе; член Лондонского королевского общества с 1663 года. С 1665 года − профессор Лондонского университета, в 1677 − 1683 гг. − секретарь Лондонского Королевского общества.
Разносторонний учёный и изобретатель, Гук затронул в своих работах многие разделы естествознания. В 1659 году построил воздушный насос, совместно с X. Гюйгенсом установил (около 1660 г.) постоянные точки термометра − таяния льда и кипения воды. Усовершенствовал барометр, зеркальный телескоп, применил зрительную трубу для измерения углов, сконструировал прибор для измерения силы ветра, машину для деления круга и другие приборы.
 Большое значение имело открытие Гуком в 1660 году закона пропорциональности между силой, приложенной к упругому телу, и его деформацией (закон Гука).
 Открытие пропорциональности между упругими растяжениями, сжатиями и изгибами и производящими их напряжениями, как утверждает он сам в своём сочинении «De potentia restitutiva», опубликованном в 1678 году, сделано им за 18 лет до этого времени, а в 1676 году было помещено в другой его книге под видом анаграммы «ceiiinosssttuv», означающей «Ut tensio sic vic» − «каково напряжение, таково и растяжение». По объяснению автора, вышесказанный закон пропорциональности применяется не только к металлам, но и к дереву, камням, рогу, костям, стеклу, шёлку, волосу и прочему. В настоящее время этот закон Гука в обобщённом виде служит основанием математической теории упругости.
 Гук высказал идею, что все небесные тела тяготеют друг к другу, и дал общую картину движения планет. Он предвосхитил закон всемирного тяготения И. Ньютона; в 1679 году высказал мнение, что если сила притяжения обратно пропорциональна квадрату расстояния, то планета должна двигаться по эллипсу. Идею об универсальной силе тяготения Гук имел с середины 1660 годов, затем, ещё в недостаточно определённой форме, он выразил её в 1674 году в трактате « Попытка доказательства движения Земли», но уже в письме 6 января 1680 года Ньютону Гук впервые ясно формулирует закон всемирного тяготения и предлагает Ньютону, как математически более компетентному исследователю, строго математически обосновать его, показав связь с первым законом Кеплера для некруговых орбит (вполне вероятно, уже имея приближённое решение). С этого письма, насколько сейчас известно, начинается документальная история закона всемирного тяготения. Ньютону также принадлежат некоторые работы по тяготению, предшествовавшие результатам Гука, однако большинство самых важных результатов, о которых позднее вспоминал Ньютон, во всяком случае, не было им никому сообщено.
 С помощью усовершенствованного им микроскопа Гук наблюдал структуру растений и дал чёткий рисунок, впервые показавший клеточное строение пробки (термин «клетка» был введён Гуком). В своей работе «Микрография» (Micrographia, 1665) он описал клетки бузины, укропа, моркови, привел изображения весьма мелких объектов, таких как глаз мухи, комара и его личинки, детально описал клеточное строение пробки, крыла пчелы, плесени, мха. В этой же работе Гук изложил свою теорию цветов, объяснил окраску тонких слоев отражением света от их верхней и нижней границ. Гук придерживался волновой теории света и оспаривал корпускулярную; теплоту считал результатом механического движения частиц вещества.
Гук высказывал мысли об изменении земной поверхности, которое, по его мнению, повлекло изменение фауны. Гук считал, что окаменелости − это остатки прежде живших существ, по которым можно воспроизвести историю Земли.
 Гук был известен также как архитектор. Он был главным помощником Кристофера Рена при восстановлении Лондона после великого пожара 1666 года. В сотрудничестве с Реном и самостоятельно построил в качестве архитектора множество зданий (например, Гринвичскую обсерваторию, церковь Вилленского прихода в Милтон Кинсе). В частности, сотрудничал с Реном в строительстве лондонского Собора св. Павла, купол которого построен с использованием метода, придуманного Гуком. Внёс серьёзный вклад в градостроительство, предложив новую схему планировки улиц при восстановлении Лондона.

http://degtjarka8.ru/index.php/fizika/laboratornye-raboty/7-klass/44-07-issledovanie-zavisimosti-sily-uprugosti-ot-udlineniya-pruzhiny-izmerenie-zhestkosti-pruzhiny

лабораторная работа.

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%94%D0%B5%D1%84%D0%BE%D1%80%D0%BC%D0%B0%D1%86%D0%B8%D1%8F

 википедия

http://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/1816da07-8b5d-43f4-8e38-83030d358136/7_82.swf

взаимоде молекул

http://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/8e0ae370-086e-67eb-ffd4-52a64f02e0ce/00144678398871459.htm

 интерактивная задача

http://fizportal.ru/physics-book-22-1

 р гук

Тема: «Деформация. Виды деформации. Закон Гука».

«Ut tensio sic vic».

  «Каково напряжение, таково и растяжение».

Р.Гук

Дидактическая цель:   формирование  знаний обучающихся о различных видах деформаций, их особенностях, характеристиках и применении;

  изучение причин возникновения силы упругости, выяснение природы силы упругости.

Развивающая цель: развитие   творческих   способностей учащихся,

 формирование познавательного  интереса 

Воспитательная цель:  формирование   сознательного творческого отношения к обучению, умения работать в коллективе .

Методическая цель: показать методы и приёмы активизации познавательной и мыслительной деятельности учащихся, применение на уроке физики мультимедийного оборудования.

Межпредметные связи:  Биология: тема «Скелет человека».    Информатика: тема «Электронные таблицы»,  тема «Поиск информации в интернете». Русский язык:  тема «Заимствованные слова». Математика: «Прямая пропорциональность»

МТО урока: прибор для  демонстрации видов деформаций, пружины различной жесткости, линейки, динамометры, штативы, ноутбуки для учащихся и учителя,  проектор, документ-камера, экран.

Тип урока. Урок усвоения новых знаний. 

Методы и приёмы: изложение материала в форме беседы с параллельной демонстрацией видеоматериалов и простых опытов,   лабораторная работа,   решение задачи.

   Ход урока.

1.                  Организационный момент.

2.                 Актуализация знаний.

2.1.           Сформулируйте законы Ньютона.

2.2.           Какие виды взаимодействий  вы знаете?

2.3.           Какие силы относятся к гравитационным взаимодействиям?

2.4.           Какие силы относятся к электромагнитным взаимодействиям?

 Просмотр видеофрагмента «Виды сил»(Слайд 2)

3.                  Формулировка темы урока.

Учитель: перед вами находятся приборы.    Посмотрите на эти приборы и скажите, по-вашему, какова тема нашего сегодняшнего урока? 

Учащиеся:  Виды деформаций. Сила упругости. ( Слайд 3)

4.     Изучение новой темы.

Учитель:  Эта тема для нас не нова.     Давайте вспомним, что мы знаем о силе упругости.  

 Рассмотрим следующие опыты:

1)    Груз давит на опору;

2)    Груз висит на нити;

3)    Груз подвешен на пружине.

 Укажите силы, действующие на данные тела.

 Учащиеся выходят к доске и указывают силы, действующие на тела.

 Учащиеся: Сила упругости возникает при деформациях.  

Учитель: А что означает слово деформация?   Откроем Википедию по ссылке

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%94%D0%B5%D1%84%D0%BE%D1%80%D0%BC%D0%B0%D1%86%D0%B8%D1%8F

  Значит, термин «деформация» происходит от латинского слова                 «

 deformatio», что означает «искажение».

Эксперимент: Через документ-камеру демонстрируются пластичные и неупругие деформации.

Учитель: Чем отличаются  результаты опыта?

Учащиеся: Мяч после деформации вернул свою форму, а игрушка-нет.

Учитель: Какой вывод можно сделать из этого опыта?

Учащиеся: Деформации бывают упругими и неупругими.

 Учитель: Правильно. Их еще называют по-другому пластичными и непластичными. ( Слайд 4)

 Учитель: Какие виды деформаций вы знаете?

Растяжение, сжатие, кручение, изгиб, сдвиг. (Ответы сопровождаются демонстрацией видов деформации с помощью прибора).

 Учитель: Чаще всего на практике эти виды деформаций сочетаются, когда одно и то же тело испытывает несколько видов деформации одновременно.

 Рассмотрим, какие же виды деформации испытывают тела, которые вы видите на слайдах. (Слайды 5-7).

5.     Физкультминутка.

Учащиеся выполняют, наклоны, повороты  туловища, вытягиваются, делают глубокий вдох,

Учитель:  Как вы видите,  наш   организм тоже испытывает деформации растяжения, когда вы потянулись, деформацию изгиба при наклонах, деформацию кручения при поворотах, а деформацию сжатия испытывает   опорно-двигательный аппарат, грудная клетка при глубоком вдохе расширяется. (Слайд8). А постоянные деформации  приводят к искривлению позвоночника: сколиозу, кифозу и т.д. (Слайд 9)

  Многие из вас подолгу и много сидите за компьютером, необходимо следить за осанкой. (  Слайд 10)

   Учитель: Что же происходит в телах при деформации? Какова причина возникновения сил упругости.

http://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/1816da07-8b5d-43f4-8e38-83030d358136/7_82.swf

 При деформации растяжения расстояние между молекулами увеличивается, возникают силы взаимного притяжения, которые стремятся вернуть их в первоначальное состояние.  

При деформации сжатия возникают силы взаимного отталкивания.

 Эксперимент: растяжение и сжатие пружины. (Слайд 11)

 Учитель:  Куда направлена сила  упругости?

Учащиеся:   Против направления смещения частиц.

Учитель: Давайте выясним,  от каких величин зависит сила упругости? 

 Для  этого выполним лабораторную работу. 

 Откройте на рабочем столе Папку «Физика»-«10 класс»-«Лабораторная работа №1». (Слайд 12)

  По описанию  соберите установку и выполните лабораторную работу. 

 Результаты измерений занесите в таблицу Microsoft Exsel и постройте график зависимости силы упругости от деформации.

6.     Выполнение лабораторной работы.

 Учащиеся выполняют лабораторную работу, результаты заносят  в  таблицу, строят график зависимости силы упругости от величины деформации.

Учитель: Как зависит сила упругости от деформации.

 Учащиеся: Чем больше деформация, тем больше сила упругости. 

Между ними существует прямо пропорциональная зависимость.

Учитель:  В 1660 году к такому же вывод пришел и Роберт Гук, великий английский естествоиспытатель. Он сформулировал  закон, который впоследствии назвали его именем. По объяснению автора, вышесказанный закон пропорциональности «применяется не только к металлам, но и к дереву, камням, рогу, костям, стеклу, шёлку, волосу и прочему». (Слайд 13).

F=-kx

  Где к-коэффициент  жесткости пружины, х- удлинение или величина деформации.  Знак «-» указывает на то, что   частиц и сила упругости направлены в противоположные стороны.

 Учитель: Теперь повторите измерения с другой пружиной. И сделайте вывод.

Учащиеся повторяют опыт, строят график.

Учащиеся: Сила упругости зависит еще от  жесткости пружины.

 Учитель: Действительно, а жесткость пружины зависит от материала, диаметра, длины.

Рассмотрим интерактивную задачу:

http://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/8e0ae370-086e-67eb-ffd4-52a64f02e0ce/00144678398871459.htm

 Учитель: А теперь, зная силу и удлинение пружины, вычислите жесткость пружины.

Учащиеся вычисляют жесткость пружины по данным эксперимента.

 Учитель: Как вы думаете,  в жидкостях и газах возникают силы упругости?     Это вам информация для размышления. 

Учитель: Итак, подведем итог нашего урока.     Что нового вы узнали сегодня на уроке?

7.     Рефлексия.

8.     Домашнее задание. П 36,37.

Используемый материал:

1.     http://degtjarka8.ru/index.php/fizika/laboratornye-raboty/7-klass/44-07-issledovanie-zavisimosti-sily-uprugosti-ot-udlineniya-pruzhiny-izmerenie-zhestkosti-pruzhiny

2.     https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%94%D0%B5%D1%84%D0%BE%D1%80%D0%BC%D0%B0%D1%86%D0%B8%D1%8F

3.     http://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/1816da07-8b5d-43f4-8e38-83030d358136/7_82.swf

4.     http://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/8e0ae370-086e-67eb-ffd4-52a64f02e0ce/00144678398871459.htm

5.     http://fizportal.ru/physics-book-22-1

6.     Е. В. Алексеева «Физика вокруг нас». 5, 6 классы Физика ¤ 1 сентября — №7-8 / июль-август / 2013