Темы докладов, страница 84 - гдз по физике 7 класс учебник Громов, Родина

Глава 3. Движение и взаимодействие тел. Параграф 23. Сила упругости. Закон Гука. Вопросы - страница 84.

Условие.

Решение.

Деформация в технике — это изменение формы и/или размеров тела (детали, конструкции) под действием внешних сил, изменения температуры или других физических явлений. Понимание, расчет и контроль деформаций являются ключевыми задачами инженерной деятельности, поскольку деформация может быть как полезной и целенаправленно используемой, так и вредной, приводящей к потере работоспособности и разрушению технических объектов.

Виды деформации

В зависимости от того, восстанавливает ли тело свою первоначальную форму после снятия нагрузки, деформации делят на два основных вида.

1. Упругая деформация

Это временная деформация, которая полностью исчезает после прекращения действия вызвавших ее сил. Тело возвращается в исходное состояние. Для многих материалов в пределах упругости справедлив закон Гука, который связывает напряжение $ \sigma $ (внутренняя сила на единицу площади) и относительную деформацию $ \epsilon $ (изменение размера к начальному размеру) через модуль упругости (модуль Юнга) $\text{E}$:

$ \sigma = E \cdot \epsilon $

Упругие свойства материалов являются основой для работы пружин, амортизаторов, рессор, мембран и различных датчиков.

Ответ: Упругая деформация — это обратимое изменение формы или размеров тела, которое полностью исчезает после снятия нагрузки и лежит в основе работы многих упругих элементов техники.

2. Пластическая (остаточная) деформация

Это постоянная, необратимая деформация, которая сохраняется в теле после снятия внешней нагрузки. Она возникает, когда напряжение в материале превышает определенный порог, называемый пределом текучести. Способность материала к значительной пластической деформации без разрушения называется пластичностью. Это свойство широко используется в технологиях обработки металлов давлением (ковка, штамповка, прокатка, волочение) для придания заготовкам нужной формы.

Ответ: Пластическая деформация — это необратимое изменение формы тела, сохраняющееся после снятия нагрузки. Она является основой многих технологических процессов формообразования материалов.

Полезное применение деформации в технике

Инженеры целенаправленно используют оба вида деформации для решения различных задач.

1. Технологии обработки материалов: Процессы, основанные на пластической деформации, такие как ковка, прокатка, штамповка, позволяют получать изделия сложной формы, одновременно улучшая структуру и механические свойства материала (например, повышая его прочность).

2. Упругие элементы: Пружины, рессоры и амортизаторы используют упругую деформацию для накопления и последующей отдачи энергии, обеспечивая гашение колебаний, вибраций и плавность хода транспортных средств.

3. Измерительные приборы: Действие многих датчиков (например, тензодатчиков для измерения деформации) и приборов (манометров, динамометров) основано на прямой зависимости между упругой деформацией чувствительного элемента и измеряемой величиной (силой, давлением).

Ответ: Деформация целенаправленно используется в технологиях обработки металлов давлением, в работе упругих элементов (пружин, амортизаторов) и в измерительной технике для создания датчиков силы и давления.

Нежелательная деформация и методы борьбы с ней

В большинстве инженерных конструкций (зданиях, мостах, деталях машин) деформация является негативным фактором, который необходимо ограничивать.

1. Потеря прочности и разрушение: Чрезмерные деформации, как упругие (сильный прогиб балки), так и пластические, могут привести к потере устойчивости, нарушению функциональности и, в конечном итоге, к разрушению конструкции. Для предотвращения этого инженеры выполняют расчеты на прочность и жесткость, выбирая материалы и геометрию деталей с достаточным запасом прочности.

2. Усталость материала: При многократно повторяющихся (циклических) нагрузках, даже если они не вызывают пластической деформации, в материале могут накапливаться микроповреждения. Со временем это приводит к образованию и росту трещины и внезапному разрушению. Это явление, называемое усталостью, является основной причиной поломок валов, осей, деталей двигателей и элементов конструкций, подверженных вибрациям.

3. Снижение точности: В прецизионных механизмах, таких как станки или измерительные приборы, даже незначительные упругие деформации деталей под действием рабочих нагрузок могут привести к потере точности и нарушению работы всего устройства.

Для борьбы с нежелательными деформациями используются следующие подходы: подбор материалов с высокими показателями прочности и жесткости, оптимизация формы деталей (например, использование ребер жесткости), а также применение современных методов компьютерного моделирования (например, метод конечных элементов) для точного анализа напряженно-деформированного состояния конструкции на этапе проектирования.

Ответ: Нежелательная деформация может стать причиной разрушения конструкций, усталости материалов и потери точности механизмов. Для борьбы с ней применяют инженерные расчеты на прочность и жесткость, подбирают соответствующие материалы и оптимизируют геометрию деталей.