Контрольні запитання

ТЕМА №2

Неінерціальні системи відліку(НСВ). Механіка пружних тіл. Сила тертя

ПЛАН

1.Означення та приклади НСВ.

2.Деформації, види деформацій.

3.Діаграма розтягу речовини. Закон Гука.

4.Сила тертя, його види (без рідкого тертя), коефіцієнт тертя.

Неінерціальними називаються системи відліку, які рухаються з деяким прискоренням відносно інерціальних. Наприклад, в задачах про рух тіл на поверхні Землі користуються системами відліку пов’язаними з поверхнею Землі. Такі системи відліку неінерціальні, бо Земля здійснює добове обертання.

Деформація – зміна форми і розмірів тіла. Причина деформації полягає в тому, що різні частини тіла здійснюють неоднакові переміщення при дії на тіло зовнішніх сил. Деформації, які повністю зникають після припинення дії сили, – пружні, які не зникають, – пластичні.

При пружних деформаціях відбувається зміна відстані між частинками тіла. У недеформованому тілі частинки знаходяться в певних положеннях рівноваги (відстані між виділеними частками – див. Рис. 1, б), в яких сили відштовхування і тяжіння, що діють з боку інших частинок, рівні. При зміні відстані між частинками одна з цих сил починає перевищувати іншу. В результаті виникає рівнодіюча цих сил, яка прагне повернути частку в попереднє положення рівноваги. Рівнодіюча сил, що діють на всі частинки деформованого тіла, і є спостережувана на практиці сила пружності. Таким чином, наслідком пружної деформації є виникнення пружних сил.

При пластичної деформації, як показали спостереження, зміщення частинок в кристалі мають зовсім інший характер, ніж при пружною. При пластичної деформації кристала відбувається зісковзування шарів кристалу відносно один одного (рис. 1, а, б). Це можна побачити за допомогою мікроскопа: гладка поверхня кристалічного стержня після пластичної деформації стає шорсткою. Зісковзування відбувається уздовж шарів, в яких найбільше атомів (рис. 2).

При таких зсувах частинок тіло виявляється деформованим, але на зміщені частки при цьому не діють “повертають” сили, тому що в кожного атома в його новому положенні такі ж сусіди і в такому ж числі, як і до зсуву.

При розрахунку конструкцій, машин, верстатів, тих чи інших споруд, при обробці різних матеріалів важливо знати, як буде деформуватися та чи інша деталь під дією навантаження, при яких умовах її деформація не впливатиме на роботу машин в цілому, при яких навантаженнях настає руйнування деталей і т.д.

Деформації можуть бути дуже складними. Але їх можна звести до двох видів: розтягування (стисненню) і зрушення.

Деформація розтягування (стиснення). Лінійна деформація виникає при додатку сили уздовж осі стрижня, закріпленого з одного кінця (рис. 3, а, б). При лінійних деформаціях шари тіла залишаються паралельними один одному, але змінюються відстані між ними. Лінійну деформацію характеризують абсолютним і відносним подовженням.

Абсолютне подовження, де l – довжина деформованого тіла, – довжина тіла в недеформованому стані.

Відносне подовження – відношення абсолютного подовження до довжини недеформованого тіла.

На практиці розтягнення відчувають троси підйомних кранів, канатних доріг, буксирні троси, струни музичних інструментів. Стисненню піддаються колони, стіни і фундаменти будівель і т.д.

Деформація зсуву виникає під дією сил, прикладених до двох протилежних гранях тіла так, як показано на малюнку 4. Ці сили викликають зсув шарів тіла, паралельних напрямку сил. Відстань між шарами не змінюється. Будь прямокутний паралелепіпед, подумки виділений в тілі, перетворюється на похилий.

Мірою деформації зсуву є кут зсуву – кут нахилу вертикальних граней (рис. 5).

Деформацію зрушення відчувають, наприклад, заклепки і болти, що з’єднують металеві конструкції. Зрушення при великих кутах призводить до руйнування тіла – зрізу. Зріз відбувається при роботі ножиць, пили та ін.

Деформації вигину піддається балка, закріплена з одного кінця або закріплена з двох кінців, до середини якої підвішений вантаж (рис. 6). Деформація вигину характеризується стрілою прогину h – зміщенням середини балки (або його кінця). При вигині опуклі частини тіл відчувають розтягнення, а увігнуті – стиснення, середні частини тіла практично не деформуються – нейтральний шар. Наявність середнього шару практично не впливає на опірність тіла вигину, тому такі деталі вигідно робити порожнистими (економія матеріалу і значне зниження їх маси). У сучасній техніці широко використовуються порожнисті балки, трубки. У людини кістки теж трубчасті.

Деформацію кручення можна спостерігати, якщо на стрижень, один кінець якого закріплений, діє пара сил (рис. 7), що лежать в площині, перпендикулярній осі стрижня. При крученні окремі шари тіла залишаються паралельними, але повертаються один щодо одного на деякий кут. Деформація кручення являє собою нерівномірний зрушення. Деформації кручення виникають при закручуванні гайок, при роботі валів машин.

Закон Гука:

Сила тертя у фізиці — це непотенційна сила, яка протидіє рухові фізичного тіла, розсіюючи його механічну енергію в тепло.

За ДСТУ 2823-94 сила тертя — сила, що чинить опір відносному переміщенню одного тіла по поверхні іншого під дією зовнішньої сили, і яка спрямована тангенціально до спільної границі між цими тілами.

Коефіцієнт тертя — це величина, що характеризує силу опору від тертя

Коефіцієнт тертя — характеристика, яка застосовується при виконанні технічних розрахунків, що характеризують фрикційні взаємодії двох тіл. У залежності від виду переміщення одного тіла по іншому розрізняють: коефіцієнт тертя при зсуві — ковзання і коефіцієнт тертя при коченні. У свою чергу, при ковзанні в залежності від величини тангенціальної сили розрізняють коефіцієнт неповного тертя ковзання, коефіцієнт тертя спокою і коефіцієнт тертя ковзання. Всі ці коефіцієнти тертя можуть змінюватися в широких межах в залежності від шорсткості і хвилястості поверхонь, характеру плівок, що покривають поверхні.

КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ

1.Які системи називаються неінерціальними?

Неінерціальними називаються системи відліку, які рухаються з деяким прискоренням відносно інерціальних.

2.Які причини виникнення сили пружності?

При деформаціях твердого тіла його частки (атоми, молекули, іони), що знаходяться у вузлах кристалічної решітки, зміщуються зі своїх положень рівноваги.

3.Який фізичний зміст відносної деформації?

4.Які межі застосування закону Гука?

Закон Гука застосуємо в області пружних деформацій.

5.Який фізичний зміст коефіцієнту тертя?

Фізичний сенс коефіцієнта тертя різний залежно від того, це тертя кочення і ковзання. Для тертя ковзання це відношення сили тертя до сили тиску. Відношення двох однойменних величин є величина безрозмірна, тому і коефіцієнт сили тертя ковзання безрозмірний. Сила тертя кочення залежить не тільки від тиску, матеріалів і стану поверхні, але і від радіуса тіл кочення. Тому коефіцієнт тертя кочення має розмірність довжини. Його фізичний зміст - ширина ділянки деформації, що виникає в районі контакту тіла що котиться і поверхні опори.