Номер 2, страница 101 - гдз по физике 10 класс учебник Касьянов

Вопросы. Параграф 23. Сила упругости. Вес тела. 3. Динамика материальной точки. Механика - номер 2, страница 101.

Условие.

2. Почему механическая модель кристалла правильно описывает упругие силы, возникающие при его сжатии и растяжении?

Решение.

2. Механическая модель кристалла представляет собой систему, в которой атомы или ионы, расположенные в узлах кристаллической решетки, моделируются как шарики, а силы взаимодействия между ними — как пружинки. Эта модель правильно описывает упругие силы, возникающие при деформации, по следующим причинам:

1. Равновесное состояние. В реальном кристалле атомы находятся на определенных равновесных расстояниях друг от друга. В этом положении силы притяжения и силы отталкивания между соседними атомами скомпенсированы. В механической модели этому состоянию соответствует положение, когда все пружинки не деформированы (не сжаты и не растянуты).

2. Силы взаимодействия. При внешнем воздействии, которое приводит к сжатию или растяжению кристалла, расстояния между атомами изменяются.

• При сжатии кристалла расстояние между атомами уменьшается, и начинают преобладать силы электростатического отталкивания между их электронными оболочками и ядрами. Эти силы стремятся вернуть атомы в исходное положение равновесия. В модели это соответствует сжатию пружинок, в результате чего возникает сила упругости, толкающая шарики обратно.
• При растяжении кристалла расстояние между атомами увеличивается. В этом случае начинают преобладать силы притяжения между атомами. Эти силы также стремятся вернуть атомы в равновесное положение. В модели это соответствует растяжению пружинок, и возникающая сила упругости тянет шарики друг к другу.

3. Аналогия с законом Гука. Для малых деформаций сила упругости, возникающая в пружине, прямо пропорциональна ее удлинению и направлена в сторону, противоположную смещению ($F_{упр} = -kx$). Анализ сил межатомного взаимодействия показывает, что при малых отклонениях от положения равновесия равнодействующая сила притяжения и отталкивания также приблизительно пропорциональна величине смещения.

Таким образом, поведение системы "атомы-связи" в кристалле при малых деформациях очень хорошо описывается поведением системы "шарики-пружинки". Макроскопическая сила упругости, возникающая в теле, является результатом сложения всех этих микроскопических сил, действующих между атомами.

Ответ: Механическая модель кристалла (атомы-шарики, связанные пружинками) правильно описывает упругие силы, так как силы взаимодействия между атомами при их смещении из положения равновесия ведут себя аналогично силе упругости в пружине: они стремятся вернуть атомы в исходное положение и при малых деформациях пропорциональны величине смещения.