Страница 73 - гдз по физике 9 класс учебник Пёрышкин, Гутник

1. При каких условиях возникает деформация тела?

1. При каких условиях возникает деформация тела?

Решение

Деформация — это изменение формы и/или размеров физического тела. Она возникает тогда, когда частицы (атомы, молекулы), из которых состоит тело, смещаются относительно своих первоначальных положений равновесия. Это смещение может быть вызвано несколькими основными причинами.

Первое и основное условие — это действие на тело внешних сил. Когда к различным точкам тела приложены силы, они создают внутренние напряжения. Если эти напряжения превышают силы межатомного взаимодействия, удерживающие частицы в стабильном положении, происходит изменение относительного расположения частиц, что и проявляется как деформация. Примерами могут служить растяжение пружины под весом груза, сжатие мяча при ударе, изгиб балки под нагрузкой или скручивание вала. Важно, что для возникновения деформации необходимо, чтобы разные части тела испытывали разное смещение. Если все точки тела смещаются одинаково (поступательное движение) или вращаются как единое целое, деформации не происходит.

Второе условие — изменение температуры тела. При нагревании большинство материалов расширяются, а при охлаждении — сжимаются. Это явление называется тепловой деформацией. Оно связано с тем, что при изменении температуры меняется интенсивность теплового движения частиц вещества, что приводит к изменению среднего расстояния между ними и, как следствие, к изменению общих размеров тела. Например, железнодорожные рельсы летом удлиняются, поэтому между ними оставляют специальные зазоры.

Другие условия включают в себя различные физические явления. Например, деформация может возникать при фазовых переходах (вода, замерзая, увеличивается в объеме), под действием электрического или магнитного полей (пьезоэлектрический и магнитострикционный эффекты), а также в результате некоторых химических реакций внутри материала.

Таким образом, деформация является результатом любого воздействия, нарушающего равновесие внутренних сил в теле и приводящего к изменению его геометрии.

Ответ: Деформация тела возникает при действии на него внешних сил, при изменении его температуры, а также в результате других физических процессов (например, фазовых переходов или воздействия полей), которые приводят к изменению взаимного расположения частиц тела и, как следствие, к изменению его формы или размеров.

2. Что является причиной возникновения силы упругости?

1. При каких условиях возникает деформация тела?

Деформация тела — это изменение его формы или размеров. Она возникает тогда, когда на тело действуют внешние силы. Если разные части тела под действием этих сил смещаются друг относительно друга, то изменяются и расстояния между частицами (атомами, молекулами), из которых состоит тело. Это изменение взаимного расположения частиц и есть деформация.

Таким образом, основное условие возникновения деформации — это действие на тело одной или нескольких внешних сил, которые приводят к изменению относительного положения его частей. Деформация может быть упругой (исчезает после прекращения действия сил) или пластической (сохраняется после снятия нагрузки).

Ответ: Деформация тела возникает при действии на него внешних сил, которые вызывают смещение его частей друг относительно друга.

2. Что является причиной возникновения силы упругости?

Причиной возникновения силы упругости является электромагнитное взаимодействие между атомами и молекулами вещества, из которого состоит тело. В недеформированном состоянии частицы находятся в положениях равновесия на определённых расстояниях друг от друга, где силы притяжения и отталкивания между ними сбалансированы.

Когда тело деформируется, расстояния между частицами изменяются. При растяжении тела расстояние между частицами увеличивается, и силы межмолекулярного притяжения начинают преобладать, стремясь вернуть частицы в исходное положение. При сжатии же расстояние между частицами уменьшается, и начинают преобладать силы отталкивания, которые также стремятся вернуть частицы в положение равновесия.

Суммарное действие этих межмолекулярных сил, возникающих при деформации и направленных на восстановление первоначальной формы и размера тела, и представляет собой макроскопическую силу упругости.

Ответ: Причиной возникновения силы упругости является изменение сил электромагнитного взаимодействия между частицами (атомами и молекулами) тела при его деформации.

3. Сформулируйте закон

В контексте деформации и силы упругости, наиболее вероятно, имеется в виду закон Гука, который описывает связь между этими величинами. Этот закон справедлив только для малых упругих деформаций.

Формулировка закона Гука: сила упругости, возникающая при упругой деформации тела (растяжении или сжатии), прямо пропорциональна величине этой деформации и направлена в сторону, противоположную направлению смещения частиц тела.

Математически закон Гука выражается формулой:

$F_{упр} = -k \cdot x$

где $F_{упр}$ — это сила упругости, $k$ — коэффициент жёсткости тела (зависит от материала, формы и размеров тела), а $x$ — удлинение или сжатие тела (величина деформации). Знак «минус» в формуле указывает на то, что сила упругости всегда направлена против деформации, то есть стремится вернуть тело в исходное, недеформированное состояние.

Ответ: Имеется в виду закон Гука: сила упругости при малой упругой деформации прямо пропорциональна величине деформации и направлена в противоположную сторону: $F_{упр} = -k \cdot x$.

3. Сформулируйте закон Гука. Запишите формулу, выражающую этот закон. $F_{\text{упр}} = kx$

Причиной возникновения силы упругости является электромагнитное взаимодействие между атомами и молекулами, из которых состоит тело. Когда внешняя сила вызывает деформацию (изменение формы или размеров тела), расстояния между частицами изменяются по сравнению с их равновесными положениями. Это приводит к возникновению сил межмолекулярного притяжения и отталкивания, которые противодействуют смещению частиц и стремятся вернуть тело в его первоначальное состояние. Макроскопическим проявлением этих сил и является сила упругости. Ответ: Причиной возникновения силы упругости является электромагнитное взаимодействие между частицами вещества, стремящееся вернуть тело в исходное состояние после деформации.

3. Закон Гука утверждает, что сила упругости, возникающая в теле при его упругой деформации, прямо пропорциональна величине этой деформации (удлинению или сжатию) и направлена в сторону, противоположную смещению частиц тела от положения равновесия.

Этот закон выражается следующей формулой:

$F_{упр} = -k \cdot x$

где $F_{упр}$ — это сила упругости, $k$ — коэффициент жёсткости (постоянная для данного тела), а $x$ — величина деформации (изменение длины). Знак «минус» в формуле указывает на то, что направление силы упругости всегда противоположно направлению деформации.Ответ: Сила упругости при упругой деформации прямо пропорциональна величине деформации и направлена в противоположную сторону; формула закона: $F_{упр} = -kx$.

4. Закон Гука справедлив не при любых деформациях, а только при упругих. Упругой называется деформация, которая полностью исчезает после прекращения действия внешней силы. Каждое тело имеет свой предел упругости (или предел пропорциональности) — максимальную величину деформации, до которой выполняется закон Гука. Если деформация превышает этот предел, она становится пластической (остаточной), и линейная зависимость между силой и деформацией нарушается. Ответ: Закон Гука выполняется только при малых упругих деформациях, не превышающих предел упругости материала.

4. При каких условиях выполняется закон Гука?

Закон Гука устанавливает прямую пропорциональную зависимость между силой упругости, возникающей в теле при деформации, и величиной этой деформации. Формула, выражающая этот закон, имеет вид:

$$ F_{упр} = -kx $$

где:

• $F_{упр}$ — сила упругости, возникающая в теле (единица измерения в СИ — Ньютон, Н). Знак «минус» указывает на то, что сила упругости направлена в сторону, противоположную смещению частиц тела от положения равновесия (то есть она стремится вернуть тело в исходное состояние).
• $k$ — коэффициент жесткости тела (единица измерения в СИ — Ньютон на метр, Н/м). Этот коэффициент зависит от материала, формы и размеров тела.
• $x$ — абсолютная деформация (удлинение или сжатие) тела (единица измерения в СИ — метр, м).

Иногда закон записывают для модуля силы упругости или для внешней силы, вызывающей деформацию, тогда знак «минус» опускается: $F = k|x|$.

Ответ: Формула, выражающая закон Гука: $F_{упр} = -kx$.

4. Закон Гука является эмпирическим, то есть установлен опытным путем, и он справедлив не всегда, а только при определенных условиях. Основное условие его выполнения заключается в том, что деформация тела должна быть упругой.

Более детально, условия следующие:

1. Деформации должны быть малыми. При значительных деформациях линейная зависимость между силой и изменением длины нарушается.
2. Нагрузка на тело не должна превышать его предел пропорциональности. Предел пропорциональности — это максимальное механическое напряжение, при котором деформация еще остается прямо пропорциональной приложенной силе.
3. После снятия внешней нагрузки тело должно полностью восстанавливать свою первоначальную форму и размеры. Если это условие нарушается (то есть деформация становится пластической, или остаточной), закон Гука перестает выполняться.

Ответ: Закон Гука выполняется при малых упругих деформациях, когда нагрузка на тело не превышает предел пропорциональности материала.

5. Вопрос в задании представлен не полностью, он обрывается: «Деформация какого тела вы-». Наиболее вероятно, что полный вопрос мог звучать так: «Приведите пример деформации тела, которая описывается законом Гука».

Исходя из этого предположения, можно привести следующие примеры:

• Растяжение или сжатие стальной пружины (например, в пружинном динамометре, весах или амортизаторе автомобиля).
• Изгиб упругой балки или линейки под действием небольшой нагрузки.
• Растяжение металлической проволоки или струны музыкального инструмента при их натяжении.
• Кручение упругого стержня.

Во всех перечисленных случаях, пока деформация мала и не выходит за пределы упругости материала, сила упругости, возникающая в теле, будет пропорциональна величине деформации в соответствии с законом Гука.

Ответ: (При предположении, что вопрос был о примере деформации) Примером деформации, для которой выполняется закон Гука, является растяжение или сжатие пружины в пределах ее упругости.

5. Деформация какого тела вызывает появление силы упругости в следующих случаях: мальчик нагибает ветку яблони; кубик находится в равновесии на наклонной плоскости; силу измеряют динамометром?

Сила упругости — это сила, возникающая в теле при его деформации (изменении формы или объема) и стремящаяся вернуть тело в исходное, недеформированное состояние. Рассмотрим, деформация какого тела вызывает появление силы упругости в заданных случаях.

мальчик нагибает ветку яблони: В этом случае мальчик прикладывает силу к ветке, заставляя ее изгибаться. Изгиб — это вид деформации. В ответ на эту деформацию в материале самой ветки возникает сила упругости, которая противодействует действию мальчика и стремится вернуть ветку в первоначальное прямое положение.

Ответ: деформация ветки яблони.

кубик находится в равновесии на наклонной плоскости: Кубик, находясь на плоскости, давит на нее силой, равной одной из составляющих его силы тяжести. Это давление вызывает небольшую деформацию (прогиб) поверхности наклонной плоскости в месте контакта. В результате этой деформации в плоскости возникает сила упругости, направленная перпендикулярно поверхности. Эта сила называется силой нормальной реакции опоры, и именно она не дает кубику "провалиться" сквозь плоскость.

Ответ: деформация наклонной плоскости.

силу измеряют динамометром: Работа динамометра основана на упругой деформации. Его главным рабочим элементом является пружина. При измерении силы (например, при растяжении динамометра) пружина удлиняется, то есть деформируется. В ответ на эту деформацию в пружине возникает сила упругости, которая, согласно закону Гука ($F_{упр} = -kx$), уравновешивает измеряемую силу. Величина этой деформации пропорциональна приложенной силе, что позволяет определить ее значение по шкале прибора.

Ответ: деформация пружины динамометра.

1. Изобразите силы, действующие на вазу, стоящую на столе; действующие на металлический шарик, подвешенный на нити.

Изображение сил, действующих на вазу, стоящую на столе

На вазу, которая находится в состоянии покоя на горизонтальной поверхности стола, действуют две силы:

1. Сила тяжести ($\vec{F}_{тяж}$) – это сила, с которой Земля притягивает вазу. Она направлена вертикально вниз и приложена к центру масс вазы. Ее модуль рассчитывается по формуле $F_{тяж} = mg$, где $m$ – масса вазы, а $g$ – ускорение свободного падения.

2. Сила нормальной реакции опоры ($\vec{N}$) – это сила, с которой стол действует на вазу, перпендикулярно поверхности соприкосновения. Она направлена вертикально вверх. Эта сила возникает как реакция опоры на давление, которое оказывает на нее ваза.

Поскольку ваза находится в состоянии покоя (в равновесии), то согласно первому закону Ньютона, векторная сумма всех действующих на нее сил равна нулю.

$\vec{F}_{тяж} + \vec{N} = 0$

Это означает, что силы скомпенсированы, то есть равны по модулю ($N = F_{тяж}$) и направлены в противоположные стороны.

На схематическом рисунке эти силы изображаются в виде двух векторов одинаковой длины, приложенных к центру масс вазы. Вектор $\vec{F}_{тяж}$ направлен строго вниз, а вектор $\vec{N}$ – строго вверх.

Ответ: На вазу, стоящую на столе, действуют две силы: сила тяжести, направленная вертикально вниз, и сила нормальной реакции опоры, направленная вертикально вверх. Эти силы равны по модулю и противоположны по направлению.

Изображение сил, действующих на металлический шарик, подвешенный на нити

На металлический шарик, который висит на нити и находится в состоянии покоя, также действуют две силы:

1. Сила тяжести ($\vec{F}_{тяж}$) – сила притяжения шарика Землей. Она приложена к центру масс шарика и направлена вертикально вниз. Ее модуль равен $F_{тяж} = mg$, где $m$ – масса шарика.

2. Сила натяжения нити ($\vec{T}$) – это упругая сила, с которой нить действует на шарик, удерживая его от падения. Она направлена вертикально вверх вдоль нити.

Так как шарик находится в равновесии, равнодействующая всех приложенных к нему сил равна нулю.

$\vec{F}_{тяж} + \vec{T} = 0$

Следовательно, эти силы уравновешивают друг друга: они равны по модулю ($T = F_{тяж}$) и противоположны по направлению.

При изображении сил из центра масс шарика рисуют два вектора одинаковой длины: вектор силы тяжести $\vec{F}_{тяж}$ направлен вниз, а вектор силы натяжения нити $\vec{T}$ – вверх.

Ответ: На металлический шарик, подвешенный на нити, действуют две силы: сила тяжести, направленная вертикально вниз, и сила натяжения нити, направленная вертикально вверх. Эти силы равны по модулю и противоположны по направлению.