Силы упругости. Закон Гука.
Силы, действующие на тело, не только создают его ускорение, но и меняют его форму — создают деформацию. Например, если один конец пружины закрепить, а на другой конец подействовать силой F (потянуть рукой), то длина пружины увеличится на некоторую величину (х), после чего изменение длины прекратится, рис. 6.1.
Рис. 6.1. Возникновение силы упругости
Прекращение растяжения пружины объясняется тем, что при деформации пружины появляется сила, действующая в противоположную сторону и компенсирующая силу F. Сила, возникающая при деформации тела и направленная в сторону, противоположную смещению частиц тела, называется силой упругости (Fу). Сила упругости действует со стороны деформированного тела на тело, с которым оно соприкасается (в данном случае — со стороны пружины на руку). Растяжение или сжатие под действием приложенной силы испытывает не только пружина, но и все твердые тела. Английский ученый Роберт Гук экспериментально установил следующий закон. Сила упругости (F), возникающая при малой (по сравнению с размерами тела) деформации, прямо пропорциональна величине деформации (х) и направлена в сторону, противоположную смещению частиц тела: Fу = — k·x. (6.3)
Коэффициент пропорциональности k называется жесткостью тела (зависит от размеров, формы и материала). В СИ жесткость выражается в ньютонах на метр (Н/м). При сжатии динамометра, растяжении эспандера, прыжках на батуте возникает сила упругости. В некоторых случаях, например, при прыжке с трамплина (рис. 6.2), очень важен процесс восстановления формы деформированного тела. Так, при прыжках в воду используют упругий трамплин, который, распрямляясь, сообщает телу спортсмена дополнительную скорость и он прыгает выше (сила упругости деформированного трамплина совершает положительную работу).
Рис. 6.2. Прыжок в воду с использованием трамплина
|
