Всестороннее сжатие

Если тело поместить в жидкую или газообразную среду, то на его поверхность будут действовать силы давления, перпендикулярные его поверхности. Эти силы вызовут сближение частиц тела, в результате чего произойдет уменьшение линейных размеров и объема тела. Такая деформация называется всесторонним или гидростатическим сжатием (рис. 6.4).

Рис. 6.4. Всестороннее (гидростатическое) сжатие

Относительная деформация при всестороннем сжатии характеризуется либо относительным уменьшением объема:

где K - модуль всестороннего сжатия (модуль объемного сжатия, объемный модуль). Знак «минус» означает, что объем уменьшается с увеличением напряжения.

Сжимаемость - важнейшая характеристика вещества, которая позволяет судить о зависимости физических свойств от межатомных (межмолекулярных) расстояний.

Изгиб

Этот вид деформации характеризуется искривлением оси или срединной поверхности деформируемого объекта (балка, стержень) под действием внешних сил (рис. 6.5).

При изгибе один наружный слой стержня сжимается, а другой наружный слой растягивается. Средний слой (называемый нейтральным) изменяет лишь свою форму, сохраняя длину (рис. 6.5, а). Степень деформирования бруска, имеющего две точки опоры (рис. 6.5, б), определяется по перемещению λ, которое получает его середина.

Рис. 6.5. Деформация изгиба:

а - стержень закреплен на одном конце; б - стержень опирается на две опоры

Величина λ называется стрелой прогиба. В теории сопротивления материалов показано, что стрела прогиба находится по формуле:

где F - сила; b - ширина; L - длина; a - толщина; E - модуль упругости.

Материал, находящийся в нейтральном слое, не работает, а лишь утяжеляет конструкцию. Поэтому часть вещества около этого нейтрального слоя можно удалить без большого ущерба для прочности балки, работающей на изгиб. Так добиваются уменьшения массы конструкции при сохранении заданной прочности. Например, сплошные брусья заменяют трубами, балки делают тавровыми или двутавровыми. Трубчатое строение имеют кости конечностей, стебли быстрорастущих растений-злаков и т.п.

Применительно к прямому брусу в зависимости от направления действующих сил изгиб называют продольным или поперечным.

Рис. 6.6. Различные виды изгиба:

а - продольный, б - поперечный, в - продольно-поперечный

Продольный изгиб возникает под действием сил, направленных вдоль бруса и приложенных к его концам навстречу друг другу (рис. 6.6, а). Образец приобретает форму арки. Поперечный изгиб возникает под действием сил, направленных перпендикулярно брусу и приложенных как к его концам, так и в средней части (рис. 6.6, б). Встречается также и смешанный продольно-поперечный изгиб (рис. 6.6, в).