Физика · конспекты
★0
Физика › 7 класс › Взаимодействие тел

Тема 25Сила упругости. Закон Гука

★★★
Термины темы — найди их в тексте:Сила упругостиУдлинениеупругаяпластическаяТочка приложенияНаправлениеуравновешиваетжёсткость

Результат действия силы — деформация. Она бывает двух типов:

  • упругая — исчезает, когда сила перестаёт действовать (растянутая пружина возвращается);
  • пластическая — сохраняется (смятый пластилин).
Упругая и пластическая деформации. Прогиб доски под грузомУпругая и пластическая деформации. Прогиб доски под грузом
Упругая и пластическая деформации. Прогиб доски под грузом Иллюстрация: light-fizika.ru
Определение

Сила упругости — сила, которая возникает при упругой деформации и стремится вернуть тело в исходное состояние. Обозначают F⃗упр\vec F_{\text{упр}}.

  • Точка приложения — место соприкосновения тел.
  • Направление — против деформации.
Сила упругости нити, стола, пружины направлена против деформации
Сила упругости нити, стола, пружины направлена против деформации Иллюстрация: light-fizika.ru

Виды деформации

Растяжение и сжатие, изгиб, кручениеРастяжение и сжатие, изгиб, кручениеРастяжение и сжатие, изгиб, кручение
Растяжение и сжатие, изгиб, кручение Иллюстрация: light-fizika.ru

Откуда берётся сила упругости

Почему так?

Тела состоят из частиц, которые взаимодействуют. Растягиваем тело — частицы удаляются и притягиваются, мешая растяжению. Сжимаем — частицы сближаются и отталкиваются. Растянем слишком сильно — частицы окажутся так далеко, что перестанут притягиваться, и тело сломается.

Частицы на обычном расстоянии, при сжатии отталкиваются, при растяжении притягиваются
Частицы на обычном расстоянии, при сжатии отталкиваются, при растяжении притягиваются Иллюстрация: light-fizika.ru

Если тело с грузом неподвижно, сила упругости уравновешивает силу тяжести.

Сила упругости пружины и стола уравновешивает силу тяжести груза. Пружина колеблется вокруг положения равновесияСила упругости пружины и стола уравновешивает силу тяжести груза. Пружина колеблется вокруг положения равновесия
Сила упругости пружины и стола уравновешивает силу тяжести груза. Пружина колеблется вокруг положения равновесия Иллюстрация: light-fizika.ru

Закон Гука

Определение

Удлинение — изменение длины тела при деформации: Δl=∣l−l0∣\Delta l=|l-l_0|.

Закон Гука

При малых упругих деформациях сила упругости прямо пропорциональна удлинению:

Fупр=k ΔlF_{\text{упр}}=k\,\Delta l

kk — жёсткость, зависит от материала, формы и размеров тела. Единица — Н/м.

Удлинение пружины Δl и сила упругости
Удлинение пружины Δl и сила упругости Иллюстрация: light-fizika.ru

Жёсткость можно найти из опыта: k=FупрΔlk=\dfrac{F_{\text{упр}}}{\Delta l}.

Образ для запоминания

Сила упругости — «обиженная пружина»: тянешь — тянет обратно, давишь — давит обратно. И тем сильнее, чем сильнее обидел: удлинение вдвое — сила вдвое (закон Гука).

⚗ Мини-опыт

Подвешивайте грузы по одному и следите за графиком. Какая получается линия? Сравните мягкую и жёсткую пружины.

▶ Симуляция PhET

На экране «Введение» растягивайте и сжимайте пружину. Сравните силу и удлинение. Как влияет жёсткость пружины?

Закон ГукаОткрыть ↗

Симуляция: PhET Interactive Simulations, University of Colorado Boulder, лицензия CC BY-NC 4.0 (phet.colorado.edu); русский перевод интерфейса.

? Проверь себя

Ответь, не подглядывая в конспект: вспоминать — лучший способ запомнить.

1Как направлена сила упругости?
Она стремится вернуть тело в исходное состояние.
2Удлинение пружины увеличили в 3 раза. Как изменилась сила упругости?
По закону Гука F=kΔlF=k\Delta l.
3Какая деформация пластическая?
Пластилин не возвращает форму.

✎ Задачи

А Уровень А по образцу: одна формула, один шаг

  1. Чем упругая деформация отличается от пластической?

    Ответ

    Упругая исчезает после прекращения действия силы, пластическая сохраняется.

    Как получилось?

  2. Сформулируйте закон Гука.

    Ответ

    При малых деформациях сила упругости прямо пропорциональна удлинению: F=kΔlF=k\Delta l.

    Как получилось?

  3. Жёсткость пружины 100 Н/м, её растянули на 5 см. Найдите силу упругости.

    Ответ

    F=100⋅0,05=5F=100\cdot0{,}05=5 Н.

    Как получилось?

  4. Сила 4 Н растягивает пружину на 2 см. Найдите жёсткость.

    Ответ

    k=40,02=200k=\dfrac{4}{0{,}02}=200 Н/м.

    Как получилось?

  5. Назовите три вида деформации.

    Ответ

    Растяжение (сжатие), изгиб, кручение.

    Как получилось?

Б Уровень Б сам: несколько шагов, перевод единиц

  1. Пружина жёсткостью 40 Н/м растянута силой 2 Н. Найдите удлинение.

    Ответ

    Δl=Fk=240=0,05\Delta l=\dfrac{F}{k}=\dfrac{2}{40}=0{,}05 м =5=5 см.

    Как получилось?

  2. Пружина длиной 10 см под грузом стала 14 см. Её жёсткость 50 Н/м. Найдите силу упругости.

    Ответ

    Δl=4\Delta l=4 см =0,04=0{,}04 м; F=50⋅0,04=2F=50\cdot0{,}04=2 Н.

    Как получилось?

  3. Почему при сильном растяжении резинка рвётся?

    Ответ

    Частицы удаляются на такие расстояния, где силы притяжения между ними уже не действуют.

    Как получилось?

↻ Закрепи

Карточки терминов

Нажми на карточку — она перевернётся. «Знаю» — карточка вернётся на повторение позже (через сутки, неделю, месяц), «Повторить» — скоро снова.

Сила упругости
Возникает при деформации и направлена против неё.
Удлинение
Изменение длины тела при деформации: Δl=∣l−l0∣\Delta l=|l-l_0|.
Закон Гука
Fупр=k ΔlF_{\text{упр}}=k\,\Delta l — при малых деформациях.
Жёсткость
k=FупрΔlk=\dfrac{F_{\text{упр}}}{\Delta l}, единица — Н/м.

Экспресс-карта

Возьми лист и за 3 минуты нарисуй по памяти карту темы: в центре — тема, ветви — главные идеи, на ветвях — термины. Потом сравни.