Номер 6, страница 157, часть 1 - гдз по физике 7 класс учебник Белага, Воронцова

Часть 1. Глава 4. Силы вокруг нас. Параграф 42. Лабораторные и исследовательские работы. Темы исследовательских и проектных работ - номер 6, страница 157.

Условие.

• Деформации в технике.

Решение.

Решение

Деформация — это изменение формы и/или размеров тела под действием внешних сил. В технике и инженерии понимание и управление деформациями является ключевым аспектом, поскольку они могут быть как полезными и целенаправленно использоваться в технологических процессах и устройствах, так и вредными, приводящими к потере работоспособности или разрушению конструкций.

Основные виды деформаций

В зависимости от поведения материала после снятия нагрузки, деформации делятся на два основных типа:

1. Упругая деформация — это деформация, которая полностью исчезает после прекращения действия внешних сил. Тело возвращается к своей первоначальной форме и размерам. Большинство конструкционных материалов ведут себя упруго до определенного предела нагрузки. Упругая деформация описывается законом Гука, который для простого растяжения или сжатия гласит, что напряжение $ \sigma $ прямо пропорционально относительному удлинению $ \epsilon $: $ \sigma = E \cdot \epsilon $, где $\text{E}$ — модуль упругости (модуль Юнга), являющийся характеристикой материала.

2. Пластическая (остаточная) деформация — это деформация, которая сохраняется в теле после снятия нагрузки. Она возникает, когда напряжение в материале превышает предел упругости. Эта способность материала необратимо изменять форму широко используется в технологиях обработки.

Кроме того, в зависимости от приложенных сил, выделяют деформации растяжения, сжатия, сдвига, изгиба и кручения.

Ответ: Деформации бывают упругими (обратимыми, подчиняются закону Гука) и пластическими (необратимыми, остаются после снятия нагрузки). Понимание этих видов необходимо для правильного проектирования и эксплуатации технических объектов.

Полезное использование деформаций в технике

Явление деформации целенаправленно используется во многих областях техники:

1. Технологии обработки материалов давлением. Такие процессы, как ковка, штамповка, прокатка и волочение, основаны на использовании пластической деформации. Путем приложения больших усилий заготовке из металла или пластика придают требуемую форму и размеры, например, при изготовлении кузовных панелей автомобиля или железнодорожных рельсов.

2. Упругие элементы механизмов и приборов. Упругая деформация является основой работы пружин (в подвеске автомобилей, часовых механизмах), рессор, амортизаторов, мембран в манометрах и датчиках давления. Эти элементы способны накапливать и отдавать потенциальную энергию или преобразовывать силу (давление) в измеряемое перемещение.

3. Создание предварительных напряжений. В железобетонных конструкциях используется предварительное напряжение арматуры. Арматуру растягивают (упруго деформируют), затем заливают бетоном. После затвердевания бетона арматуру отпускают, и она, стремясь сжаться, обжимает бетон, что значительно повышает его прочность на растяжение и изгиб.

Ответ: В технике целенаправленно используют пластические деформации для формообразования деталей (ковка, штамповка) и упругие деформации для работы пружин, мембран и создания предварительно напряженных конструкций.

Вредные и недопустимые деформации в технике

Во многих случаях деформации являются негативным фактором, который необходимо ограничивать или полностью исключать:

1. Потеря прочности и разрушение. Чрезмерные деформации могут привести к разрушению конструкций. Задача инженера-проектировщика — рассчитать все элементы зданий, мостов, машин так, чтобы под действием эксплуатационных нагрузок (собственный вес, ветер, полезная нагрузка) возникающие напряжения и деформации не превышали допустимых значений, обеспечивая необходимый запас прочности.

2. Потеря жесткости и точности. Даже если конструкция не разрушается, слишком большие упругие деформации могут нарушить ее работоспособность. Например, прогиб балки перекрытия может быть безопасным с точки зрения прочности, но недопустимым по эстетическим или функциональным требованиям. В высокоточных станках или измерительных приборах деформация станины под нагрузкой приводит к потере точности обработки или измерения.

3. Усталость материала. При многократном приложении и снятии нагрузки (циклические деформации) в материале могут накапливаться микроповреждения, которые со временем приводят к образованию трещины и внезапному, хрупкому разрушению. Это явление, называемое усталостью, является основной причиной поломок деталей самолетов, двигателей, мостов.

4. Ползучесть. При высоких температурах материалы могут медленно и непрерывно деформироваться даже под действием постоянной нагрузки, не превышающей предел упругости. Это явление (ползучесть) опасно для деталей, работающих при нагреве, например, для лопаток газовых турбин или труб паропроводов высокого давления.

Ответ: Вредные деформации в технике — это те, что приводят к потере прочности (разрушению), нарушению нормальной работы из-за потери жесткости и точности, а также к специфическим видам разрушения, таким как усталость (от циклических нагрузок) и ползучесть (при высоких температурах).