Номер 10, страница 171 - гдз по физике 10 класс учебник Кабардин, Орлов

10. Что такое запас прочности?

9. Что называется пределом прочности?
Предел прочности, также известный как временное сопротивление разрыву (обозначается как $\sigma_в$ или $\sigma_{UTS}$), — это характеристика материала, показывающая максимальное механическое напряжение, которое материал может выдержать при растяжении перед тем, как начнётся его разрушение.
Это значение определяется экспериментально, как правило, с помощью испытаний на растяжение стандартных образцов материала. В ходе испытания образец подвергается постепенно возрастающей растягивающей нагрузке до его разрыва. Строится диаграмма зависимости напряжения от относительной деформации. Предел прочности соответствует максимальному значению напряжения на этой диаграмме. После достижения этой точки образец начинает локально сужаться (образуется «шейка»), и для дальнейшей деформации требуется уже меньшее усилие, что в итоге приводит к разрушению.
Формула для расчета предела прочности: $$ \sigma_в = \frac{F_{max}}{A_0} $$ где $F_{max}$ — максимальная сила, которую выдержал образец перед разрушением, а $A_0$ — начальная площадь его поперечного сечения.
Предел прочности является одной из ключевых механических характеристик материалов и широко используется в инженерных расчетах для оценки несущей способности деталей и конструкций. Измеряется в паскалях (Па), но чаще используются кратные единицы — мегапаскали (МПа) и гигапаскали (ГПа).

Ответ: Пределом прочности называется максимальное механическое напряжение, которое выдерживает материал, не разрушаясь под действием нагрузки.

10. Что такое запас прочности?
Запас прочности (или коэффициент запаса прочности) — это безразмерная величина, которая показывает, во сколько раз разрушающая (или предельная) нагрузка для элемента конструкции больше, чем рабочая (или эксплуатационная) нагрузка, на которую он рассчитан. Это мера, обеспечивающая надежность и безопасность конструкции.
Необходимость введения запаса прочности обусловлена несколькими причинами:
1. Неопределенность свойств материала: Свойства материалов могут незначительно отличаться от партии к партии.
2. Неточность в определении нагрузок: Реальные нагрузки могут превышать расчетные из-за непредвиденных обстоятельств.
3. Упрощения в расчетных моделях: Инженерные расчеты часто содержат допущения и упрощения.
4. Ухудшение свойств со временем: Износ, коррозия, усталость материала могут снизить его прочность в процессе эксплуатации.
5. Степень ответственности конструкции: Последствия разрушения могут быть очень серьезными (например, в авиации, мостостроении), что требует больших запасов прочности.
Коэффициент запаса прочности ($\text{k}$) вычисляется как отношение предельного напряжения, которое может выдержать материал, к допускаемому напряжению $[\sigma]$ в конструкции: $$ k = \frac{\sigma_{пред}}{[\sigma]} $$ В качестве предельного напряжения ($\sigma_{пред}$) может выступать предел текучести ($\sigma_т$) для пластичных материалов (так как остаточная деформация часто является критерием отказа) или предел прочности ($\sigma_в$) для хрупких материалов.

Ответ: Запас прочности — это отношение предельно допустимой нагрузки, которую может выдержать материал или конструкция, к максимальной нагрузке, возникающей в условиях эксплуатации.