Страница 81 - гдз по физике 9 класс учебник Пёрышкин, Гутник

1. При каких условиях возникает деформация тела?

Деформация тела, то есть изменение его формы и/или размеров, возникает при условиях, когда на тело оказывается внешнее воздействие, приводящее к смещению его частиц (атомов, молекул) относительно друг друга.

Основной и наиболее частой причиной деформации является приложение внешних сил. Когда на тело действуют одна или несколько сил, они заставляют разные его части двигаться с разными скоростями или в разных направлениях. Это нарушает равновесное положение частиц, из которых состоит тело, и приводит к изменению его геометрии. Примерами могут служить сжатие пружины, растяжение резинового жгута, изгиб балки под нагрузкой.

Кроме прямого силового воздействия, деформация может быть вызвана и другими физическими процессами:

• Изменение температуры: При нагревании большинство тел расширяется, а при охлаждении — сжимается. Такое изменение размеров, называемое тепловым расширением, является видом деформации.
• Действие электромагнитных полей: Некоторые материалы, известные как пьезоэлектрики и магнитострикционные материалы, изменяют свои размеры при помещении их в электрическое или магнитное поле соответственно.
• Изменение состава или фазового состояния: Поглощение или отдача вещества (например, впитывание влаги деревом) или фазовые переходы (например, замерзание воды в порах камня) также вызывают внутренние напряжения и приводят к деформации.

Таким образом, любое воздействие, нарушающее внутреннее равновесие сил между частицами тела, приводит к его деформации.

Ответ: Деформация тела возникает в результате действия на него внешних сил или вследствие других физических процессов (изменение температуры, воздействие электромагнитных полей, изменение состава), которые вызывают изменение взаимного расположения частиц тела.

2. Что является причиной возникновения силы упругости?

При каких условиях возникает деформация тела?

Деформация тела, то есть изменение его формы и/или размеров, возникает под действием внешних сил. Когда на тело действуют силы, его различные части смещаются относительно друг друга, что и приводит к деформации. Кроме механического воздействия, причиной деформации может быть изменение температуры (тепловое расширение или сжатие), а также воздействие электрических или магнитных полей. Таким образом, любое внешнее воздействие, нарушающее равновесное положение частиц тела, вызывает его деформацию.

Ответ: Деформация тела возникает при приложении к нему внешних сил или при изменении физических условий (например, температуры), которые приводят к относительному смещению его частей.

2. Что является причиной возникновения силы упругости?

Причиной возникновения силы упругости является электромагнитное взаимодействие между атомами и молекулами, из которых состоит тело. В недеформированном состоянии частицы тела находятся на равновесных расстояниях друг от друга. При деформации эти расстояния изменяются: при растяжении они увеличиваются, а при сжатии — уменьшаются. Это приводит к возникновению сил межмолекулярного притяжения (при растяжении) или отталкивания (при сжатии), которые стремятся вернуть частицы в их первоначальные равновесные положения. Макроскопическое проявление этих сил и есть сила упругости.

Ответ: Причиной возникновения силы упругости является изменение расстояний между частицами тела при деформации, что вызывает появление сил электромагнитного взаимодействия, стремящихся вернуть тело в первоначальное состояние.

3. Сформулируйте закон

Речь идет о законе Гука, который описывает упругую деформацию. Закон Гука гласит: сила упругости, возникающая при упругой деформации тела (растяжении или сжатии), прямо пропорциональна величине этой деформации и направлена в сторону, противоположную смещению частиц тела относительно их положения равновесия.

Математически этот закон записывается в виде формулы:

$F_{упр} = -kx$

где $F_{упр}$ – сила упругости, $k$ – коэффициент жесткости тела (зависит от материала и геометрии тела), $x$ – абсолютная деформация (удлинение или сжатие). Знак «минус» указывает на то, что сила упругости направлена против деформации. Закон справедлив только для малых упругих деформаций.

Ответ: Сила упругости, возникающая при упругой деформации тела, пропорциональна удлинению тела и направлена в сторону, противоположную направлению перемещения частиц тела при деформации: $F_{упр} = -kx$.

3. Сформулируйте закон Гука. Запишите формулу, выражающую этот закон.

Что является причиной возникновения силы упругости?

Причиной возникновения силы упругости является электромагнитное взаимодействие между атомами и молекулами, из которых состоит тело. Когда тело деформируется (растягивается, сжимается, изгибается и т. д.), расстояния между его частицами изменяются по сравнению с их положениями равновесия.

При увеличении межмолекулярных расстояний (растяжение) начинают преобладать силы межмолекулярного притяжения, которые стремятся вернуть частицы в исходное положение. При уменьшении расстояний (сжатие) доминирующими становятся силы отталкивания, которые также противодействуют деформации. Суммарное действие этих микроскопических сил и проявляется на макроуровне как сила упругости, которая всегда направлена так, чтобы восстановить первоначальную форму и объем тела.

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

3. Сформулируйте закон Гука. Запишите формулу, выражающую этот закон.

Закон Гука: Сила упругости, возникающая в теле при его упругой деформации (растяжении или сжатии), прямо пропорциональна величине этой деформации и направлена в сторону, противоположную смещению частиц тела относительно их положения равновесия.

Этот закон математически выражается следующей формулой:

$F_{упр} = -k \cdot x$

где:

• $F_{упр}$ — сила упругости, измеряемая в ньютонах (Н).
• $k$ — коэффициент жесткости тела. Он зависит от материала, формы и размеров тела и измеряется в ньютонах на метр (Н/м).
• $x$ — удлинение или сжатие тела (величина деформации), измеряемое в метрах (м).

Знак «минус» в формуле указывает на то, что направление силы упругости всегда противоположно направлению деформации. Например, если пружину растянуть вправо ($x>0$), то сила упругости будет направлена влево.

Ответ: Закон Гука гласит, что сила упругости пропорциональна деформации тела и направлена в противоположную сторону ($F_{упр} = -kx$).

4. При каких условиях выполняется закон Гука?

Закон Гука является эмпирическим законом и выполняется не всегда, а только при соблюдении определенных условий. Главное условие — деформация тела должна быть упругой и малой.

1. Упругая деформация: Это деформация, которая полностью исчезает после прекращения действия внешней силы, и тело полностью восстанавливает свою первоначальную форму и размеры. Если деформация становится пластической (необратимой), закон Гука перестает выполняться.

2. Малая деформация: Для каждого материала существует предел пропорциональности — максимальное напряжение, до которого сохраняется прямо пропорциональная зависимость между силой и деформацией. Если деформация превышает этот предел (даже если она остается упругой), линейная зависимость, описываемая законом Гука, нарушается.

Таким образом, закон Гука справедлив только для малых упругих деформаций, не превышающих предел пропорциональности материала.

Ответ: Закон Гука выполняется только для малых упругих деформаций, не превышающих предел пропорциональности.

4. При каких условиях выполняется закон Гука?

Запишите формулу, выражающую этот закон.

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

$F_{упр} = -kx$

В данной формуле:

• $F_{упр}$ — это сила упругости, которая противодействует деформации и стремится вернуть тело в его первоначальное состояние. В Международной системе единиц (СИ) измеряется в ньютонах (Н).
• $k$ — это коэффициент жесткости (также называемый жесткостью пружины). Он является мерой сопротивления тела упругой деформации и зависит от материала, формы и размеров тела. В СИ измеряется в ньютонах на метр (Н/м).
• $x$ — это абсолютное смещение или деформация (удлинение или сжатие) тела от его положения равновесия. В СИ измеряется в метрах (м).

Знак «минус» в формуле является принципиально важным, так как он указывает на то, что вектор силы упругости всегда направлен в сторону, противоположную вектору смещения $x$.

Ответ: $F_{упр} = -kx$.

4. При каких условиях выполняется закон Гука?

Закон Гука не является универсальным и выполняется только при определенных условиях, связанных с характером и величиной деформации:

1. Упругая деформация. Закон применим только в том случае, если деформация является упругой. Это означает, что после снятия внешней нагрузки тело полностью восстанавливает свои первоначальные форму и размеры. Если нагрузка превышает предел упругости, в теле возникают необратимые (пластические) деформации, и закон Гука перестает действовать.
2. Малая деформация. Закон Гука строго выполняется только для малых деформаций. Существует так называемый предел пропорциональности — максимальное напряжение, до которого деформация прямо пропорциональна приложенной силе. При превышении этого предела линейная зависимость нарушается, даже если деформация все еще остается упругой.

Таким образом, для выполнения закона Гука деформация тела не должна превышать его предел пропорциональности.

Ответ: Закон Гука выполняется при малых упругих деформациях, не превышающих предел пропорциональности материала.

5. Деформация какого тела вы-

Отвечая на вопрос, который, вероятно, подразумевает «...вызывает появление силы упругости?», можно сказать следующее. Сила упругости возникает при деформации любого тела, обладающего упругими свойствами (то есть способностью восстанавливать свою форму и объем). Деформация — это изменение взаимного расположения частиц тела под действием внешних сил. Это изменение приводит к возникновению внутренних электромагнитных сил между атомами и молекулами, которые стремятся вернуть частицы в их исходное положение равновесия. Макроскопическим проявлением этих внутренних сил и является сила упругости.

Сила упругости возникает в деформированных твердых телах (например, растянутая пружина или согнутая балка), жидкостях (при изменении объема) и газах (при сжатии или расширении).

Ответ: Сила упругости возникает при деформации любого тела, обладающего упругостью (твердого, жидкого или газообразного).

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?

мальчик нагибает ветку яблони

В данном случае мальчик прикладывает силу к ветке, вызывая ее изгиб. Изгиб — это вид деформации. В ответ на деформацию в материале ветки возникает сила упругости, которая стремится вернуть ветку в ее первоначальное, недеформированное состояние. Эта сила ощущается мальчиком как сопротивление.

Ответ: деформация ветки яблони.

кубик находится в равновесии на наклонной плоскости

На кубик действует сила тяжести, которая давит на наклонную плоскость. Под действием этой силы (точнее, ее составляющей, перпендикулярной опоре) поверхность наклонной плоскости деформируется — прогибается. В результате этой, как правило, невидимой деформации в опоре возникает сила упругости, направленная перпендикулярно поверхности. Эта сила называется силой нормальной реакции и именно она не дает кубику "провалиться" сквозь плоскость.

Ответ: деформация наклонной плоскости.

силу измеряют динамометром

Принцип действия пружинного динамометра основан на законе Гука. Основным рабочим элементом прибора является пружина. Когда к крючку динамометра прикладывают силу, пружина растягивается, то есть деформируется. В деформированной пружине возникает сила упругости, которая прямо пропорциональна ее удлинению ($F_{упр} = k \cdot \Delta l$). Эта сила упругости уравновешивает измеряемую силу, а по величине удлинения пружины, используя шкалу, определяют значение приложенной силы.

Ответ: деформация пружины динамометра.