повторение основных понятий, графиков и формул, связанных с силой упругости, а также разбор задач различного уровня сложности в соответствии с кодификатором ГИА и планом демонстрационного варианта экзаменационной работы Цель:
При деформации тела возникает сила, которая стремится восстановить прежние размеры и форму тела. Эта сила возникает вследствие электромагнитного взаимодействия между атомами и молекулами вещества.
Чем больше усилие, сжимающее пружину, тем больше ее деформация
Деформацией называют изменение формы, размеров или объема тела. Деформация может быть вызвана действием на тело приложенных к нему внешних сил. Деформации, полностью исчезающие после прекращения действия на тело внешних сил, называют упругими, а деформации, сохраняющиеся и после того, как внешние силы перестали действовать на тело, - пластическими.
Деформации растяжения или сжатия (одностороннего или всестороннего) Деформации кручения Деформации изгиба Деформации сдвига
При деформациях твердого тела его частицы (атомы, молекулы, ионы), находящиеся в узлах кристаллической решетки, смещаются из своих положений равновесия. Этому смещению противодействуют силы взаимодействия между частицами твердого тела, удерживающие эти частицы на определенном расстоянии друг от друга. Поэтому при любом виде упругой деформации в теле возникают внутренние силы, препятствующие его деформации.
Силы притяжения возникают благодаря наличию в молекулах заряженных частиц. Тело недеформировано, молекулы находятся в положениях равновесия (расстояние между молекулами примерно равно диаметру молекулы), силы отталкивания равны силам притяжения. Тело деформировано, расстояние между молекулами уменьшилось, силы отталкивания и притяжения возросли, но силы отталкивания превосходят силы притяжения, результирующая сила сонаправлена с силой отталкивания, возникает сила упругости, которая стремится вернуть молекулы в прежнее положение. Тело деформировано, расстояние между молекулами увеличилось, силы отталкивания и притяжения уменьшились, но силы притяжения превосходят силы отталкивания, результирующая сила сонаправлена с силой притяжения, возникает сила упругости, которая стремится вернуть молекулы в прежнее положение.
Силы, возникающие в теле при его упругой деформации и направленные против направления смещения частиц тела, вызываемого деформацией, называют силами упругости.
Связь между силой упругости и упругой деформацией тела (при малых деформациях) была экспериментально установлена современником Ньютона английским физиком Гуком : При малых деформациях ( |x| << l ) сила упругости пропорциональна деформации тела и направлена в сторону, противоположную направлению перемещения частиц тела при деформации : F упр = – k ∙ Δ x Роберт Гук (18 июля 1635, остров Уайт — 3 марта 1703, Лондон) — английский естествоиспытатель, учёный-энциклопедист. Гука можно смело назвать одним из отцов физики, в особенности экспериментальной, но и во многих других науках ему принадлежат зачастую одни из первых основополагающих работ.
При малых деформациях ( |x| << l ) сила упругости пропорциональна деформации тела и направлена в сторону, противоположную направлению перемещения частиц тела при деформации : F упр = – k ∙ Δ x Коэффициент k называется жесткостью тела. В системе СИ жесткость измеряется в ньютонах на метр ( Н/м ). Коэффициент жесткости зависит от формы и размеров тела, а также от материала. Выражает линейную зависимость между напряжениями и малыми деформациями в упругой среде
Имеем две пружины с коэффициентами жесткости к 1 и к 2. Рассчитаем коэффициент жесткости пружины, которая может заменить эти две пружины, если они соединены параллельно. Представим, что мы потянули за концы этих пружин: каждая из них удлинилась на х. в каждой из них возникнут силы упругости к 1 х и к 2 х, которые приложены в одной точке, Поэтому мы можем заменить эти две пружины на одну, которая растянута на х и создает силу (к 1 +к 2 ) х, следовательно, F общ = (к 1 +к 2 ) х=к общ х. Отсюда получаем, что к общ =к 1 +к 2 x F общ = ( k 1 + k 2 )x x x F упр = k 1 x F упр = k 2 x
Имеем две пружины с коэффициентами жесткости к 1 и к 2. Рассчитаем коэффициент жесткости пружины, которая может заменить эти две пружины, если они соединены параллельно. Представим, что мы потянули за концы этих пружин: каждая из них удлинилась на х 1 и х 2, соответственно. Общее удлинение (деформация) будет равна х= х 1 +х 2 Поэтому мы можем заменить эти две пружины на одну, которая растянута на х и создает силу F=k общ x= k 1 х 1 = k 2 х 2, следовательно, F общ = k 1 х 1 = k 2 х 2 = к общ х. Отсюда получаем, что Итак, общее удлинение пружины x 1 x 2 F упр = k 1 x 1 F упр = k 2 x 2 x = x 1 + x 2 F общ = ( k 1 + k 2 )x F = к 1 х 1 = к 2 х 2 Они равны между собой по 3 закону Ньютону, так как они с этими силами пружины действуют друг на друга в точке соединения.
Коэффициент жесткости зависит от длины пружины. Эта зависимость обратнопропорциональная : длинную резинку натянуть легче чем короткую Коэффициент жесткости зависит от площади поперечного сечения упругого стержня. Эта зависимость прямопропорциональная : толстую резинку натянуть труднее чем тонкую
Закон Гука выполняется только при малых деформациях При больших деформациях прямая пропорциональность нарушается
Сила натяжения нити Сила реакции опоры T N
Сила упругости всегда направлена противоположно той силе, которая вызвала изменение формы или размеров тела Вес тела вызвал удлинение пружины Сила упругости (натяжение нити) Вес тела вызвал деформацию опоры Сила упругости (реакция опоры) Вес тела вызвал удлинение пружины Сила упругости (натяжение нити) Вес тела вызвал деформацию опоры Сила упругости (реакция опоры)
Подборка заданий по кинематике (из заданий ГИА 2008-2010 гг.) Рассмотрим задачи:
1) 8 Н 2) 6 Н 3) 14 Н 4) 2 Н
1 Н 2 Н 4 Н 6 Н
12,5 Н 25 Н 50 Н 100 Н
1. 20 Н. 2. 420 Н. 3. 20 000 Н. 4. 380 000 Н. 5. 420 000 Н.
1. 20 Н. 2. 380 Н. 3. 20 000 Н. 4. 380 000 Н. 5. 420 000 Н.
-4 Ответ: ____ ___ (м/с) До пережигания нити: После пережигания нити на груз m 2 будет действовать эта же сила: Для груза m 1 :
0,01 Н/м 10 Н/м 20 Н/м 100 Н/м
Изучить в учебнике §§34-35. Решить задачи стр.112 (1.2).
§ 10. Сила упругости. Закон Гука. Социальный навигатор //[Электронный ресурс]// http://edu.yar.ru/russian/projects/socnav/prep/phis001/dyn/dyn10.html 3.7. Деформация. Глава 3. Молекулярная физика и термодинамика. Открытая физика //[Электронный ресурс]// http://physics.ru/courses/op25part1/content/chapter3/section/paragraph7/theory.html График зависисмости силы упругости от удлинения. Единая коллекция цифровых образовательных ресурсов //[Электронный ресурс] // http://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/8265c218-7e74-4086-9cf0-4482ecc3fb9a/7_81.swf Гук, Роберт. Материал из Википедии — свободной энциклопедии//[Электронный ресурс]// http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%93%D1%83%D0%BA,_%D0%A0%D0%BE%D0%B1%D0%B5%D1%80%D1%82 Гутник, Е. М., Физика. 7 класс. Учебник для общеобразовательных школ / Е. М. Гутник, А. В. Перышкин. - М.: Дрофа, 2009. – 302 с. ЗАКОН ГУКА. Класс!ная физика для любознательных. //[Электронный ресурс]// http://class-fizika.narod.ru/9_20.htm Зорин, Н.И. ГИА 2010. Физика. Тренировочные задания: 9 класс / Н.И. Зорин. – М.: Эксмо, 2010. – 112 с. – (Государственная (итоговая) аттестация (в новой форме). Кабардин, О.Ф. Физика. 9 кл.: сборник тестовых заданий для подготовки к итоговой аттестации за курс основной школы / О.Ф. Кабардин. – М.: Дрофа, 2008. – 219 с; Перышкин, А. В., Физика. 7 класс. Учебник для общеобразовательных школ / А. В. Перышкин. - М.: Дрофа, 2009. – 198 с. Перышкин, А. В., Физика. 8 класс. Учебник для общеобразовательных школ / А. В. Перышкин. - М.: Дрофа, 2009. – 196 с. Примеры сил в механике. Портал естественных наук //[Электронный ресурс]// http://e-science.ru/physics/theory/?t=46 Сила упругости. Закон Гука. Весь курс Физики //[Электронный ресурс]// http :// fizika. ayp. ru /1/1_12. html Сила упругости. Закон Гука. Физика//[Электронный ресурс]// http :// questions - physics. ru / mehanika / sila _ uprugosti _ zakon _ guka. html Урок № Деформация и сила упругости. Закон Гука. Реакция опоры и вес тела. //[Электронный ресурс]// http://school.ort.spb.ru/library/physics/10class/machanics/lesson_4/lesson_4.htm Федеральный институт педагогических измерений. Контрольные измерительные материалы (КИМ) Физика ГИА-9 2010 г. //[Электронный ресурс]// http://fipi.ru/view/sections/214/docs/ Федеральный институт педагогических измерений. Контрольные измерительные материалы (КИМ) Физика ЕГЭ 2001-2010 //[Электронный ресурс]// http :// fipi. ru /view/sections/92/docs /
