Jousen jäykkyyskaava on ehkä tärkein kohta näiden elastisten elementtien aiheessa. Loppujen lopuksi juuri jäykkyys on erittäin tärkeä rooli siinä, miksi näitä komponentteja käytetään niin laajasti.

Nykyään käytännössä mikään teollisuus ei tule toimeen ilman jousia, niitä käytetään instrumenttien ja työstökoneiden valmistuksessa, maataloudessa, kaivos- ja rautatielaitteiden tuotannossa, energiassa ja muilla teollisuudenaloilla. Ne palvelevat uskollisesti eri yksiköiden tärkeimmissä ja kriittisimmissä paikoissa, joissa vaaditaan niiden luontaisia ​​ominaisuuksia, ennen kaikkea jousen jäykkyyttä, jonka kaava on yleensä hyvin yksinkertainen ja tuttu lapsille koulusta.

Työn ominaisuudet

Jokainen jousi on elastinen tuote, joka altistuu staattisille, dynaamisille ja syklisille kuormituksille käytön aikana. Tämän osan pääominaisuus on, että se deformoituu ulkoisen voiman vaikutuksesta ja kun isku pysähtyy, se palauttaa alkuperäisen muotonsa ja geometriset mitat. Muodonmuutosjakson aikana energiaa kertyy, kunnostuksen aikana - sen siirtoa.

Juuri tämä ominaisuus palata alkuperäiseen muotoonsa on tuonut näiden osien laajan käytön: ne ovat erinomaisia ​​iskunvaimentimia, ylipainetta estäviä venttiilielementtejä, mittauslaitteiden lisävarusteita. Näissä ja muissa tilanteissa ne suorittavat elastisen muodonmuutoskyvyn vuoksi tärkeää työtä, joten niiltä vaaditaan korkeaa laatua ja luotettavuutta.

Jousityypit

Näitä osia on monenlaisia, yleisimmät ovat veto- ja puristusjouset.

• Ensimmäisessä niistä ilman kuormitusta on nollaväli, eli kela on kosketuksessa kelaan. Muodonmuutosprosessissa ne venyvät, niiden pituus kasvaa. Kuorman päättymiseen liittyy paluu alkuperäiseen muotoonsa - jälleen kela kelalle.
• Jälkimmäiset päinvastoin kiertyvät aluksi tietyllä askeleella käännösten välillä ja kutistuvat kuormituksen alaisena. Käännösten kosketus on luonnollinen rajoitin jatkuvalle altistumiselle.

Aluksi vetojouselle löydettiin siihen ripustetun kuorman massan ja sen geometrisen koon muutoksen suhde, josta tuli perusta jousen jäykkyyden kaavalle massan ja pituuden kautta.

Mitä muita jousityyppejä on

Muodonmuutosten riippuvuus käytetystä ulkoisesta voimasta pätee myös muun tyyppisille elastisille osille: vääntö, taivutus, kiekon muotoinen ja muut. Ei ole väliä, missä tasovoimat niihin kohdistetaan: siinä, jossa aksiaalinen viiva sijaitsee, tai kohtisuorassa sitä vastaan, muodostuva muodonmuutos on verrannollinen voimaan, jolla se tapahtui.

Pääpiirteet

Jousityypistä riippumatta niiden jatkuvaan muodonmuutokseen liittyvät työnsä ominaisuudet vaativat seuraavat parametrit:

• Kyky ylläpitää vakio joustoarvo tietyn ajanjakson ajan.
• plastisuus.
• Rentoutumisvastus, jonka ansiosta muodonmuutokset eivät muutu peruuttamattomiksi.
• Lujuus, eli kyky kestää erilaisia ​​kuormituksia: staattinen, dynaaminen, isku.

Jokainen näistä ominaisuuksista on tärkeä, mutta valittaessa elastista komponenttia tiettyyn työhön, sen jäykkyys kiinnostaa ensisijaisesti sen jäykkyyttä tärkeänä indikaattorina siitä, sopiiko se tähän tapaukseen ja kuinka kauan se toimii.

Mikä on jäykkyys

Jäykkyys on osan ominaisuus, joka osoittaa, kuinka helppoa tai yksinkertaista se on puristaa, kuinka paljon voimaa siihen on käytettävä. Osoittautuu, että kuormituksen alaisena esiintyvä muodonmuutos on sitä suurempi, mitä suurempi on kohdistettu voima (jossa sen vastakohtana syntyvällä kimmovoimalla on sama moduuliarvo). Siksi on mahdollista määrittää muodonmuutosaste, kun tiedetään kimmoisuusvoima (käytetty voima) ja päinvastoin, tietäen tarvittava muodonmuutos, on mahdollista laskea tarvittava voima.

Jäykkyyden / elastisuuden käsitteen fyysiset perusteet

Jouseen vaikuttava voima muuttaa sen muotoa. Esimerkiksi veto-/puristusjouset lyhenevät tai pidentyvät ulkoisen voiman vaikutuksesta. Hooken lain mukaan (tämä on kaavan nimi, jonka avulla voit laskea jousen jäykkyyskertoimen) voima ja muodonmuutos ovat verrannollisia toisiinsa tietyn aineen kimmoisuuden rajoissa. Ulkopuolelta kohdistetun kuormituksen vastakohtana syntyy samansuuruinen ja etumerkillisesti vastakkainen voima, jonka tarkoituksena on palauttaa kappaleen alkuperäiset mitat ja muoto.

Tämän elastisen voiman luonne on sähkömagneettinen, se syntyy erityisen vuorovaikutuksen seurauksena materiaalin rakenneosien (molekyylien ja atomien) välillä, josta tämä osa on valmistettu. Siten mitä suurempi jäykkyys, eli mitä vaikeampaa on venyttää / puristaa elastinen osa, sitä suurempi on kimmokerroin. Tätä indikaattoria käytetään erityisesti valittaessa tiettyä materiaalia jousien valmistukseen käytettäväksi erilaisissa tilanteissa.

Kuinka kaavan ensimmäinen versio syntyi

Jousen jäykkyyden laskentakaava, jota kutsutaan Hooken laiksi, luotiin kokeellisesti. Kokeiden aikana elastiseen elementtiin ripustetuilla eri massaisilla kuormilla mitattiin sen venymisen suuruus. Joten kävi ilmi, että sama testiosa eri kuormituksissa käy läpi erilaisia ​​muodonmuutoksia. Lisäksi tietyn massaltaan samanlaisten painojen ripustaminen osoitti, että jokainen lisätty/poistettu paino lisää/vähentää elastisen elementin pituutta saman verran.

Näiden kokeiden tuloksena ilmestyi seuraava kaava: kx \u003d mg, jossa k on kerroinvakio tietylle jouselle, x on jousen pituuden muutos, m on sen massa ja g on jousen kiihtyvyys. vapaa pudotus (likimääräinen arvo on 9,8 m / s²) .

Siten löydettiin jäykkyysominaisuus, joka, kuten kimmokertoimen määrityskaava, löytää laajimman sovelluksen kaikilla toimialoilla.

Jäykkyyskaava

Nykyaikaisten koululaisten tutkima kaava jousen jäykkyyskertoimen löytämiseksi on voiman ja suuruuden suhde, joka osoittaa jousen pituuden muutoksen tämän iskun suuruudesta riippuen (tai

yhtä suuri kuin se kimmovoiman moduulissa). Tämä kaava näyttää tältä: F = -kx. Tästä kaavasta elastisen elementin jäykkyyskerroin on yhtä suuri kuin kimmovoiman suhde sen pituuden muutokseen. Kansainvälisessä SI-järjestelmän fysikaalisten suureiden yksikköjärjestelmässä se mitataan newtoneina metriä kohti (N/m).

Toinen tapa kirjoittaa kaava: Youngin kerroin

Fysiikan veto-/puristusmuodonmuutoksia voidaan kuvata myös hieman muunnetulla Hooken lailla. Kaava sisältää suhteellisen jännityksen (pituuden muutoksen suhde alkuperäiseen arvoon) ja jännityksen (voiman suhde osan poikkileikkauspinta-alaan) arvot. Tämän kaavan mukainen suhteellinen muodonmuutos ja jännitys ovat verrannollisia, ja suhteellisuuskerroin on Youngin moduulin käänteisluku.

Youngin moduuli on mielenkiintoinen siinä mielessä, että se määräytyy yksinomaan materiaalin ominaisuuksien perusteella, eikä se riipu millään tavalla osan muodosta tai mitoista.

Esimerkiksi Youngin moduuli 100:lle

onko se suunnilleen yhtä suuri kuin yksi yhdellätoista nollalla (yksikkö - N / neliömetri).

Jäykkyyskertoimen käsitteen merkitys

Jäykkyyskerroin - suhteellisuuskerroin Hooken laista. Sitä kutsutaan myös oikeutetusti elastisuuskertoimeksi.

Itse asiassa se näyttää voiman, joka on kohdistettava elastiseen elementtiin, jotta sen pituus muuttuisi yhdellä (käytetyssä mittausjärjestelmässä).

Tämän parametrin arvo riippuu useista jouselle ominaisista tekijöistä:

• Sen valmistuksessa käytetty materiaali.
• Muodot ja suunnitteluominaisuudet.
• geometriset mitat.

Tämän indikaattorin mukaan voit

päätellä, kuinka tuote kestää kuormituksen vaikutuksia, eli mikä on sen vastustuskyky, kun ulkoinen vaikutus kohdistuu.

Jousien laskennan ominaisuudet

Jousen jäykkyyden löytämistä osoittava kaava on luultavasti yksi nykyaikaisten suunnittelijoiden eniten käyttämistä. Loppujen lopuksi näitä joustavia osia käytetään melkein kaikkialla, eli on laskettava niiden käyttäytyminen ja valittava ne, jotka selviävät ihanteellisesti tehtävistään.

Hooken laki osoittaa hyvin yksinkertaistetusti elastisen osan muodonmuutoksen riippuvuuden käytetystä voimasta; insinöörit käyttävät tarkempia kaavoja jäykkyyskertoimen laskemiseen ottaen huomioon kaikki käynnissä olevan prosessin ominaisuudet.

Esimerkiksi:

• Nykyaikainen tekniikka pitää sylinterimäistä kierrettyä jousta pyöreän poikkileikkauksen omaavana lankaspiraalina, ja sen muodonmuutosta järjestelmässä olevien voimien vaikutuksesta edustaa joukko perussiirtymiä.
• Kun taivutus on muodonmuutos, muodonmuutokseksi katsotaan tangon taipuma, joka sijaitsee päät tukien päällä.

Jousiliitosten jäykkyyden laskemisen ominaisuudet

Tärkeä kohta on useiden sarjaan tai rinnan kytkettyjen elastisten elementtien laskeminen.

Useiden osien rinnakkaisessa järjestelyssä tämän järjestelmän kokonaisjäykkyys määräytyy yksittäisten komponenttien kertoimien yksinkertaisella summalla. Kuten voit helposti nähdä, järjestelmän jäykkyys on suurempi kuin yksittäisen osan.

Jaksottaisessa järjestelyssä kaava on monimutkaisempi: kokonaisjäykkyyden käänteisluku on yhtä suuri kuin kunkin komponentin jäykkyyden käänteislukujen summa. Tässä versiossa summa on pienempi kuin ehdot.

Näitä riippuvuuksia käyttämällä on helppo määrittää oikea elastisten komponenttien valinta tiettyyn tapaukseen.

Luonto on molekyylien välisen vuorovaikutuksen makroskooppinen ilmentymä. Yksinkertaisimmassa kehon venytyksen/puristuksen tapauksessa kimmovoima on suunnattu vastapäätä kappaleen hiukkasten siirtymistä kohtisuoraan pintaan nähden.

Voimavektori on vastakkainen kehon muodonmuutoksen (sen molekyylien siirtymisen) suuntaan.

Hooken laki

Yksiulotteisten pienten kimmoisten muodonmuutosten yksinkertaisimmassa tapauksessa kimmovoiman kaava on muotoa:

,

missä on kappaleen jäykkyys, on muodonmuutoksen suuruus.

Verbaalisessa muotoilussa Hooken laki kuuluu seuraavasti:

Kappaleen muodonmuutoksesta aiheutuva kimmovoima on suoraan verrannollinen kappaleen venymään ja on suunnattu vastakkain kappaleen hiukkasten liikesuuntaan nähden suhteessa muihin partikkeleihin muodonmuutoksen aikana.

Epälineaariset muodonmuutokset

Kun muodonmuutoksen suuruus kasvaa, Hooken laki lakkaa toimimasta, kimmovoima alkaa monimutkaisella tavalla riippua jännityksen tai puristuksen suuruudesta.

Wikimedia Foundation. 2010 .

Katso, mitä "joustovoima" on muissa sanakirjoissa:

elastinen voima- elastinen energia - Aiheet öljy- ja kaasuteollisuus Synonyymit elastinen energia EN elastinen energia ... Teknisen kääntäjän käsikirja

elastinen voima- tamprumo voiman tila T-ala Standardisaatio ja metrologian määrittelyt Vidinės kehon voimat, liikkeet ennen sen deformoivia ulkoisia voimavaroja ja osa on täysin kurittava deformuotojo (skysčių, kaasu) tūrį ir (kietojo kehon) muoto… Penkiakalbis aiskinamasis metrologijos terminų žodynas

elastinen voima- tamprumo jėga statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. elastinen voima vok. elastische Kraft, f rus. kimmovoima, f; kimmovoima, fpranc. force elastique, f … Fizikos terminų žodynas

VAHVUUS- vektorimääräinen mitta mekaanisesta vaikutuksesta kehoon muista kehoista sekä muiden fysikaalisten tekijöiden intensiteetistä. prosessit ja kentät. Voimat ovat erilaisia: (1) S. Ampère, voima, jolla (katso) vaikuttaa johtimeen virralla; voimavektorin suunta ... ... Suuri ammattikorkeakoulun tietosanakirja

"voima" uudelleenohjaa tänne; katso myös muita merkityksiä. Voiman ulottuvuus LMT−2 SI-yksiköt ... Wikipedia

"voima" uudelleenohjaa tänne; katso myös muita merkityksiä. Voiman ulottuvuus LMT−2 SI-yksikköä newtonia ... Wikipedia

olemassa., f., käytä. max. usein Morfologia: (ei) mitä? voimaa mihin? voima, (katso) mitä? vahvuus kuin? voimaa mistä? vahvuudesta; pl. mitä? voimaa, (ei) mitä? voimaa mihin? voimat, (katso) mitä? vahvuus kuin? voimat mistä? voimista 1. Elävien kykyä kutsutaan voimaksi ... ... Dmitrievin sanakirja

Mekaniikan osa, jossa tutkitaan lepäävissä tai liikkuvissa elastisissa kappaleissa kuormituksen vaikutuksesta syntyviä siirtymiä, muodonmuutoksia ja jännityksiä. U. t. lujuuden, muodonmuutoksen ja stabiilisuuden laskelmien perusta rakentamisessa, liiketoiminnassa, ilmailussa ja ... ... Fyysinen tietosanakirja

Mekaniikan osa, jossa tutkitaan lepäävissä tai liikkuvissa elastisissa kappaleissa kuormituksen vaikutuksesta syntyviä siirtymiä, muodonmuutoksia ja jännityksiä. W.t. teoreettinen. lujuus-, muodonmuutos- ja stabiiliuslaskelmien perusta. teko…… Fyysinen tietosanakirja

Mekaniikan ala (katso mekaniikka), jossa tutkitaan lepäävissä tai liikkuvissa elastisissa kappaleissa kuormituksen vaikutuksesta syntyviä siirtymiä, muodonmuutoksia ja jännityksiä. W. t. teoreettinen perusta lujuuden, muodonmuutosten ja ... ... Suuri Neuvostoliiton tietosanakirja

Kirjat

• lujuus ja muodonmuutos. Applied Theory of Elasticity Volume 2, A. Feppl. VENÄJÄN KÄÄNNÖKSEN TOIMITTAJAN ESIPUHE. A. Fepplin ja L. Fepplin kirjan toisen osan julkaisu viivästyi niin paljon, että alkuperäiset oletukset sarjan sijoittelusta ...

Kaikkiin Maan lähellä oleviin kappaleisiin vaikuttaa sen vetovoima. Painovoiman vaikutuksesta sadepisarat, lumihiutaleet, oksista revityt lehdet putoavat maahan.

Mutta kun sama lumi makaa katolla, maa vetää sitä edelleen puoleensa, mutta se ei putoa katon läpi, vaan pysyy levossa. Mikä estää putoamasta? Katto. Se vaikuttaa lumeen painovoimaa vastaavalla voimalla, mutta suunnattu vastakkaiseen suuntaan. Mikä tämä voima on?

Kuva 34, a esittää lautaa, joka makaa kahdella jalustalla. Jos paino asetetaan sen keskelle, painovoiman vaikutuksesta paino alkaa liikkua, mutta hetken kuluttua lautaa taivutettuaan se pysähtyy (kuva 34, b). Tässä tapauksessa painovoima tasapainotetaan kaarevan laudan sivulta painoon vaikuttavalla pystysuoraan ylöspäin suuntautuvalla voimalla. Tätä voimaa kutsutaan elastinen voima. Elastinen voima syntyy muodonmuutoksen aikana. Muodonmuutos on kehon muodon tai koon muutos. Yksi muodonmuutostyyppi on taivutus. Mitä enemmän tuki taipuu, sitä suurempi on tästä tuesta kehoon vaikuttava kimmovoima. Ennen kuin keho (paino) asetettiin laudalle, tämä voima puuttui. Painon liikkuessa, mikä taivutti sen tukea yhä enemmän, myös kimmovoima kasvoi. Painon pysähtymishetkellä kimmovoima on saavuttanut painovoiman ja niiden resultantista on tullut nolla.

Jos tuen päälle asetetaan riittävän kevyt esine, sen muodonmuutos voi osoittautua niin merkityksettömäksi, että emme huomaa mitään muutosta tuen muodossa. Mutta muodonmuutos tulee silti olemaan! Ja sen mukana myös elastinen voima vaikuttaa estäen tällä tuella sijaitsevan kehon putoamisen. Tällaisissa tapauksissa (kun rungon muodonmuutos on huomaamaton ja tuen koon muutos voidaan jättää huomiotta) kimmovoimaa kutsutaan ns. tukea vastinetta.

Jos tuen sijasta käytetään jonkinlaista ripustusta (lankaa, köyttä, lankaa, tankoa jne.), siihen kiinnitetty esine voidaan myös pitää levossa. Painovoimaa tässä tasapainotetaan myös vastakkaiseen suuntaan suunnatulla kimmovoimalla. Tässä tapauksessa kimmovoima johtuu siitä, että jousitus venyy siihen kiinnitetyn kuorman vaikutuksesta. venyttely toisenlainen vääristymä.

Elastinen voima esiintyy myös silloin, kun puristus. Hän saa puristetun jousen suoristamaan ja työntää siihen kiinnitettyä runkoa (ks. kuva 27, b).

Suuren panoksen elastisuusvoiman tutkimukseen antoi englantilainen tiedemies R. Hooke. Vuonna 1660, ollessaan 25-vuotias, hän vahvisti lain, joka nimettiin myöhemmin hänen mukaansa. Hooken laki sanoo:

Kimmovoima, joka syntyy, kun kehoa venytetään tai puristetaan, on verrannollinen sen venymään.

Jos kappaleen venymä eli sen pituuden muutos merkitään x:llä ja kimmovoimaa F-ohjauksella, niin Hooken laki voidaan antaa seuraavaan matemaattiseen muotoon:

F-säädin \u003d kx,

missä k on suhteellisuustekijä, ns jäykkyys kehon. Jokaisella keholla on oma jäykkyytensä. Mitä suurempi kappaleen (jousi, lanka, tanko jne.) jäykkyys on, sitä vähemmän se muuttaa pituuttaan tietyn voiman vaikutuksesta.

Jäykkyyden SI-yksikkö on newton per metri(1 N/m).

Tehtyään sarjan kokeita, jotka vahvistivat tämän lain, Hooke kieltäytyi julkaisemasta sitä. Siksi kukaan ei pitkään aikaan tiennyt hänen löydöstään. Jopa 16 vuoden jälkeen, joka ei edelleenkään luottanut kollegoihinsa, Hooke antoi yhdessä kirjassaan vain salatun sanamuodon (anagrammin) laistaan. Hän näytti

Odotettuaan kaksi vuotta kilpailijoiden vaativan löytönsä, hän lopulta selvitti lakinsa. Anagrammi tulkittiin seuraavasti:

ut tensio, sic vis

(joka latinaksi tarkoittaa: mikä on jännite, sellainen on voima). "Joken jousen vahvuus", Hooke kirjoitti, "on verrannollinen sen venymiseen."

Hooke opiskeli elastinen muodonmuutoksia. Tämä on muodonmuutosten nimi, jotka katoavat ulkoisen vaikutuksen lakkaamisen jälkeen. Jos esimerkiksi jousta hieman venytetään ja sitten vapautetaan, se palaa alkuperäiseen muotoonsa. Mutta samaa jousta voidaan venyttää niin paljon, että vapautumisen jälkeen se pysyy venytettynä. Muodonmuutoksia, jotka eivät katoa ulkoisen vaikutuksen lakkaamisen jälkeen, kutsutaan muovi-.

Muovisia muodonmuutoksia käytetään muovailusta ja savesta mallintamisessa, metallin käsittelyssä - takomisessa, meistämisessä jne.

Muovisten muodonmuutosten osalta Hooken laki ei täyty.

Muinaisina aikoina joidenkin materiaalien (erityisesti puun, kuten marjakuusi) elastiset ominaisuudet antoivat esi-isämme keksiä sipuli- käsiase, joka on suunniteltu heittämään nuolia venytetyn jousinauhan elastisen voiman avulla.

Noin 12 tuhatta vuotta sitten ilmestynyt jousi on ollut olemassa useita vuosisatoja melkein kaikkien maailman heimojen ja kansojen pääaseena. Ennen tuliaseiden keksimistä jousi oli tehokkain taisteluase. Englantilaiset jousimiehet pystyivät ampumaan jopa 14 nuolta minuutissa, mikä jousi massiivisella käytöllä taistelussa loi kokonaisen pilven nuolia. Esimerkiksi Agincourtin taistelussa (satavuotisen sodan aikana) ammuttujen nuolien määrä oli noin 6 miljoonaa!

Tämän valtavan aseen laaja leviäminen keskiajalla aiheutti oikeutetun protestin tietyissä yhteiskuntapiireissä. Vuonna 1139 Roomassa kokoontunut Lateraani (kirkko) neuvosto kielsi näiden aseiden käytön kristittyjä vastaan. Taistelu "jousen aseistariisunnasta" ei kuitenkaan onnistunut, ja ihmiset käyttivät jousta sotilasaseena vielä viisisataa vuotta.

Jousen suunnittelun parantaminen ja varsijousien (varsijousien) luominen johti siihen, että niistä ammutut nuolet alkoivat lävistää minkä tahansa panssarin. Mutta sotatiede ei pysähtynyt. Ja XVII vuosisadalla. jousi korvattiin tuliaseilla.

Nykyään jousiammunta on vain yksi urheilulajeista.

1. Missä tapauksissa kimmovoima syntyy? 2. Mitä kutsutaan muodonmuutokseksi? Anna esimerkkejä muodonmuutoksista. 3. Muotoile Hooken laki. 4. Mikä on kovuus? 5. Miten elastiset muodonmuutokset eroavat muovisista?

Luonnossa kaikki on yhteydessä toisiinsa ja on jatkuvasti vuorovaikutuksessa toistensa kanssa. Jokainen sen osa, jokainen sen komponentti ja elementti on jatkuvasti alttiina kokonaiselle voimien kompleksille.

Huolimatta siitä, että määrä on melko suuri, ne kaikki voidaan jakaa neljään tyyppiin:

1. Painovoimat.

2. Sähkömagneettiset voimat.

3. Vahvan tyyppiset voimat.

Fysiikassa on sellainen asia kuin elastinen muodonmuutos. Elastinen muodonmuutos on muodonmuutosilmiö, jossa se häviää, kun ulkoiset voimat lakkaavat vaikuttamasta. Tällaisen muodonmuutoksen jälkeen runko saa alkuperäisen muotonsa. Siten kimmovoima, jonka määritelmän mukaan se esiintyy kehossa elastisen muodonmuutoksen jälkeen, on potentiaalivoima. Potentiaalinen voima tai konservatiivinen voima on voima, jossa sen toiminta ei voi olla riippuvainen sen liikeradastaan, vaan riippuu vain voimien alku- ja loppupisteistä. Konservatiivisen tai potentiaalisen voiman työ suljetulla polulla on nolla.

Voidaan sanoa, että kimmovoimalla on sähkömagneettinen luonne. Tämä voima voidaan arvioida makroskooppiseksi ilmentymäksi aineen tai kehon molekyylien välisestä vuorovaikutuksesta. Joka tapauksessa, jossa tapahtuu joko kehon puristus tai venyminen, ilmenee elastinen voima. Se on suunnattu muodonmuutoksen aiheuttavaa voimaa vastaan ​​suunnassa, joka on vastakkainen tietyn kappaleen hiukkasten siirtymiseen nähden, ja on kohtisuorassa muodonmuutoksen kohteena olevan kappaleen pintaan nähden. Myös tämän voiman vektori suunnataan vastakkaiseen suuntaan kuin kehon muodonmuutos (sen molekyylien siirtyminen).

Sen mukaan tapahtuu kehossa muodonmuutoksen aikana esiintyvän kimmovoiman arvon laskenta, jonka mukaan kimmovoima on yhtä suuri kuin kappaleen jäykkyyden ja tämän kappaleen muodonmuutoskertoimen muutoksen tulo. Hooken lain mukaan kimmovoima, joka esiintyy tietyssä kappaleen tai aineen muodonmuutoksessa, on suoraan verrannollinen tämän kappaleen venymiseen, ja se on suunnattu vastakkaiseen suuntaan kuin mihin tämän kappaleen hiukkaset liikkuvat suhteessa muut hiukkaset muodonmuutoshetkellä.

Tietyn kappaleen jäykkyysindeksi tai suhteellinen kerroin riippuu materiaalista, jota kappale on valmistettu. Myös jäykkyys riippuu tietyn kappaleen geometrisista mittasuhteista ja muodosta. Kimmovoimaan liittyen on olemassa myös sellainen asia, että sellainen jännitys on kimmomoduulin suhde pinta-alayksikköön tarkasteltavana olevan leikkauksen tietyssä pisteessä. Jos yhdistämme Hooken lain tämäntyyppiseen jännitteeseen, sen muotoilu kuulostaa hieman erilaiselta. Mekaanisen tyypin jännitys, joka esiintyy kappaleessa sen muodonmuutoksen aikana, on aina verrannollinen tämän kappaleen suhteelliseen venymään. On pidettävä mielessä, että Hooken lain vaikutus rajoittuu vain pieniin muodonmuutoksiin. On olemassa rasitusrajat, joiden alaisena tämä laki toimii. Jos ne ylittyvät, kimmovoima lasketaan monimutkaisilla kaavoilla Hooken laista riippumatta.

Jatkamme joidenkin aiheiden tarkastelua "Mekaniikka"-osiosta. Tämänpäiväinen kokouksemme on omistettu joustovoimalle.

Juuri tämä voima on mekaanisten kellojen toiminnan taustalla, sille altistuvat nostureiden hinausköydet ja kaapelit, autojen ja junien iskunvaimentimet. Sitä testataan pallolla ja tennispallolla, mailalla ja muilla urheiluvälineillä. Miten tämä voima syntyy ja mitä lakeja se noudattaa?

Miten elastisuusvoima syntyy?

Painovoiman vaikutuksen alainen meteoriitti putoaa maahan ja ... jäätyy. Miksi? Häviääkö maan vetovoima? Ei. Voima ei voi vain kadota. Sillä hetkellä, kun se koskettaa maata jota tasapainottaa toinen voima, joka on sen suuruinen ja suunnaltaan vastakkainen. Ja meteoriitti, kuten muutkin kappaleet maan pinnalla, pysyy levossa.

Tämä tasapainotusvoima on elastinen voima.

Samat elastiset voimat esiintyvät kehossa kaikentyyppisille muodonmuutoksille:

• venyttely;
• puristus;
• leikkaus;
• taivutus;
• vääntö.

Muodonmuutosten aiheuttamia voimia kutsutaan elastisiksi.

Elastisen voiman luonne

Elastisten voimien syntymekanismi selitettiin vasta 1900-luvulla, jolloin molekyylien välisen vuorovaikutuksen voimien luonne selvitettiin. Fyysikot ovat kutsuneet niitä "jättiläisiksi lyhyillä käsivarsilla". Mitä tämä nokkela vertailu tarkoittaa?

Aineen molekyylien ja atomien välillä vaikuttavat veto- ja hylkimisvoimat. Tällainen vuorovaikutus johtuu pienimmistä hiukkasista, jotka ovat osa niitä, jotka kantavat positiivisia ja negatiivisia varauksia. Nämä voimat ovat riittävän suuret.(siis sana jättiläinen), mutta näkyvät vain hyvin lyhyillä etäisyyksillä.(lyhyillä käsivarsilla). Etäisyydellä, joka on kolme kertaa molekyylin halkaisija, nämä hiukkaset vetäytyvät puoleensa, "iloisesti" ryntäävät toisiaan kohti.

Mutta koskettuaan he alkavat hylätä toisiaan aktiivisesti.

Vetomuodonmuutoksen myötä molekyylien välinen etäisyys kasvaa. Molekyylienväliset voimat pyrkivät lyhentämään sitä. Puristettaessa molekyylit lähestyvät toisiaan, mikä saa molekyylit hylkimään.

Ja koska kaiken tyyppiset muodonmuutokset voidaan vähentää puristukseen ja jännitykseen, kimmovoimien esiintyminen kaikissa muodonmuutoksissa voidaan selittää näillä näkökohdilla.

Hooken laki

Eräs maanmies ja aikalainen tutki elastisuusvoimia ja niiden suhdetta muihin fysikaalisiin suureisiin. Häntä pidetään kokeellisen fysiikan perustajana.

Tiedemies jatkoi kokeitaan noin 20 vuotta. Hän suoritti kokeita jousien jännityksen muodonmuutoksesta ripustamalla niihin erilaisia ​​kuormia. Ripustettu kuorma sai jousen venymään, kunnes siihen syntyvä elastinen voima tasapainotti kuorman painoa.

Lukuisten kokeiden tuloksena tiedemies päättelee: käytetty ulkoinen voima saa aikaan sen suuruisen suuruisen elastisen voiman, joka toimii vastakkaiseen suuntaan.

Hänen muotoilemansa laki (Hooken laki) on seuraava:

Kappaleen muodonmuutoksesta aiheutuva kimmovoima on suoraan verrannollinen muodonmuutoksen suuruuteen ja suuntautuu hiukkasten liikettä vastakkaiseen suuntaan.

Hooken lain kaava on:

• F on moduuli, eli kimmovoiman numeerinen arvo;
• x - kehon pituuden muutos;
• k - jäykkyyskerroin, riippuen rungon muodosta, koosta ja materiaalista.

Miinusmerkki osoittaa, että kimmovoima on suunnattu vastakkaiseen suuntaan kuin hiukkasten siirtymä.

Jokaisella fysiikan lailla on soveltamisrajansa. Hooken määrittelemää lakia voidaan soveltaa vain kimmoisiin muodonmuutoksiin, kun kuorman poistamisen jälkeen rungon muoto ja mitat ovat täysin palautettu.

Muovikappaleissa (muovailuvaha, märkä savi) tällaista restaurointia ei tapahdu.

Kaikilla kiinteillä aineilla on jossain määrin elastisuutta. Ensimmäinen paikka joustavuudessa on kumi, toinen -. Jopa erittäin elastisilla materiaaleilla voi tietyillä kuormituksilla olla plastisia ominaisuuksia. Tätä käytetään langan valmistukseen, monimutkaisten osien leikkaamiseen erityisillä leimoilla.

Jos sinulla on käsikäyttöinen keittiövaaka (teräspiha), niihin on luultavasti kirjoitettu enimmäispaino, jolle ne on suunniteltu. Oletetaan 2 kg. Kun ripustetaan raskaampaa kuormaa, niiden sisällä oleva teräsjousi ei koskaan palaa muotoonsa.

Elastisen voiman työ

Kuten mikä tahansa voima, elastisuusvoima, pystyy tekemään työn. Ja erittäin hyödyllinen. Hän on suojaa muotoaan muuttavaa runkoa tuhoutumiselta. Jos hän ei selviä tästä, keho tuhoutuu. Esimerkiksi nosturin kaapeli katkeaa, kitarassa kieli, ritsassa kuminauha, vaa'assa jousi. Tällä työllä on aina miinusmerkki, koska itse kimmovoima on myös negatiivinen.

Jälkisanan sijaan

Joidenkin kimmovoimia ja muodonmuutoksia koskevien tietojen avulla voimme helposti vastata joihinkin kysymyksiin. Miksi esimerkiksi suurilla ihmisen luilla on putkimainen rakenne?

Taivuta metalli- tai puinen viivain. Sen kupera osa kokee vetomuodonmuutoksia ja kovera osa puristuu. Kuorman keskiosa ei kanna. Luonto käytti hyväkseen tätä tilannetta ja tarjosi ihmisille ja eläimille putkiluita. Liikkumisen aikana luut, lihakset ja jänteet kokevat kaikenlaisia ​​muodonmuutoksia. Luiden putkimainen rakenne helpottaa suuresti niiden painoa vaikuttamatta lainkaan niiden lujuuteen.

Viljakasvien varret ovat rakenteeltaan samanlaisia. Tuulenpuuskat taivuttavat ne maahan, ja elastiset voimat auttavat suoriutumaan. Muuten, polkupyörän runko on myös valmistettu putkista, ei tangoista: paino on paljon pienempi ja metallia säästyy.

Robert Hooken laatima laki toimi perustana elastisuusteorian luomiselle. Tämän teorian kaavojen mukaan suoritetut laskelmat sallivat varmistavat korkeiden rakenteiden ja muiden rakenteiden kestävyyden.

Jos tästä viestistä oli sinulle hyötyä, olisin iloinen nähdessäni sinut