Сили пружності у твердих тілах

Всі реальні тіла під дією прикладених сил змінюють свою форму і об'єм, тобто деформуються . Для твердих тіл розрізняють два граничних випадки: пружні деформації і пластичні деформації. Пружною називають деформацію, яка зникає після припинення дії прикладних сил. Пластичними називають деформації, які повністю, або частково зберігаються в тілі після припинення дії зовнішніх сил. (На пластичних деформаціях заснована холодна обробка металів - штамповка, ковка, тощо). Чи буде деформація пружною або пластичною залежить не тільки від природи тіла, а й від величини прикладених сил. Якщо сила (точніше сила, що діє на одиницю площі або напруження) не перевищує певну границю, яку називають границею пружності, то деформація буде пружною. Якщо зовнішні сили перевищують цю границю, то деформації називають пластичними.

При деформації тіла відбувається зміщення його частинок (атомів або молекул) відносно положення рівноваги. Цим зміщенням протидіють сили взаємодії між частинками. Тобто, в тілі виникають внутрішні сили , що діють між окремими частинками деформованого тіла. Кажуть що тіло знаходиться у напруженому стані. А сили, які виникають між частинками деформованого тіла називають силами пружності.

Розглянемо такий приклад (рис. 3.1). Під дією зовнішньої сили пружина набуває видовження . В результаті в пружині виникає сила пружності , яка зрівноважує .

Роберт Гук (1635-1703 р.р.) експериментально встановив, що при пружній деформації видовження пружини пропорційне зовнішній силі:

.

Величина називається жорсткістю пружини. Чим більша жорсткість, тим меншого видовження набуває пружина під дією певної сили. Пружна сила відрізняється від зовнішньої тільки напрямком. Тому , а в проекціях на вісь : . Тоді можна записати що або . Знак «мінус» показує , що сила пружності направлена в сторону, протилежну деформації.

Рис. 3.1

Будь-які деформації твердих тіл можна звести до двох видів: розтягу (або стиску) і зсуву.