Физика для школьников старших классов и поступающих - Яворский Б.М.
ISBN 5-7107-9384-1
Скачать (прямая ссылка):
3°. Физическая величина, численно равная упругой силе dFynp, приходящейся на единицу площади dS сечения тела, называется напряжением о:
Если сила dFynp направлена по нормали к площадке dS, напряжение называется нормальным, если она направлена по касательной к площадке — касательным.
582
ГЛ. VII.1. СТРОЕНИЕ И СВОЙСТВА ТВЕРДЫХ ТЕЛ
4°. Мерой деформации служит относительная деформация, равная отношению абсолютной деформации Дх к первоначальному значению величины х, характеризующей форму или
Дх
размеры тела, т. е. величина —.
х
Закон Гука: напряжение упруго деформированного тела прямо пропорционально его относительной деформации
Здесь Kx — модуль упругости, численно равный напряжению, которое возникает при относительной деформации, равной единице. Величина Ot3c = I /Kx называется коэффициентом упругости. Закон Гука справедлив лишь при достаточно малых относительных деформациях. Напряжение стп, при котором нарушается пропорциональность между напряжением и относительной деформацией, называется пределом пропорциональности (точкаА нарис. VII.1.1).
5°. Помимо упругих сил существуют силы, имеющие иную природу, чем упругие, но удовлетворяющие соотношению
Fx = -кх,
где Fx — проекция силы на направление, вдоль которого происходит абсолютная линейная деформация х, а к = const. Подобные силы называются квазиупругими (квазиупругие силы). Величина к называется коэффициентом квазиупругой силы.
6°. Простейшей деформацией является продольное (одностороннее) растяжение (сжатие) — увеличение (уменьшение) длины тела под действием внешней растягивающей (сжимающей) силы F. Деформация прекращается при условии F = Fynp, где Fynp — упругая сила (п. 1°). Относительная де-
Дх AZ
формация — = — , где Al — изменение длины под действием
силы F, I — первоначальная длина тела. По закону Гука нормальное напряжение в теле
F „Al
§ VII.1.3. УПРУГИЕ СВОЙСТВА ТВЕРДЫХ ТЕЛ
583
В В
С F
Рис. VIL 1.1
где модуль упругости Kx — E называется модулем Юнга. Модуль Юнга равен нормальному напряжению ст, при котором линейный размер тела изменяется в два раза: AI = I1.
7°. Зависимость нормального напряжения о от относитель-Al
ной деформации у при одностороннем растяжении называется диаграммой растяжения (рис. VII.1.1). За пределом пропорциональности (п. 4°) увеличение ст вызывает значительное Al „
возрастание у. При напряжении стт, которому соответствует
точка В на диаграмме растяжения, относительное удлинение тела продолжает возрастать без увеличения напряжения (горизонтальный участок BBt диаграммы). Напряжение стт называется пределом текучести. Наибольшее напряжение ств, соответствующее точке С на диаграмме, называется пределом прочности, или временным сопротивлением. Точка D диаграммы соответствует разрыву тела.
8°. При медленном снятии нагрузки с тела, деформированного до напряжения ст0 (точка а на диаграмме рис. VII. 1.1),
график ст = представляет собой прямую aR, параллель-
ную прямолинейному участку OA диаграммы. Отрезок OR оп-
1 В предположении, что закон Гука справедлив при столь большой деформации.
584
ГЛ. VII.1. СТРОЕНИЕ И СВОЙСТВА ТВЕРДЫХ ТЕЛ
ределяет остаточную деформацию тела, характерную для пластических деформаций.
9°. Сдвигом называется деформация тела, при которой все его плоские слои, параллельные некоторой плоскости сдвига, не искривляясь и не изменяясь в размерах, смещаются параллельно друг другу (рис. VTLl.2). Сдвиг происходит под действием касательной силы F, приложенной к грани ВС, параллельной плоскости сдвига. Грань AD, параллельная ВС, неподвижно закреплена. При малом сдвиге
CC'
V“**Y=CD’
где CC = Ax — абсолютный сдвиг, у — угол сдвига, или относительный сдвиг, выраженный в радианах. По закону Гука (п. 4°) сдвиг пропорционален касательному («скалывающему») напряжению т = F/S, где S — площадь поверхности гра^ ни ВС, т. е.
т = Gy.
Величина G называется модулем сдвига. Модуль сдвига равен касательному напряжению, которое возникло бы в образце при относительном сдвиге, равном единице (см. сноску на с. 583).
§ VII. 1.4. Понятие о фазовых превращениях твердых тел
1°. Нагревание твердого кристаллического тела приводит к возрастанию амплитуды ангармонических тепловых колебаний частиц в узлах кристаллической решетки (VII.1.2.4°) и к возрастанию средних межузельных расстояний в решетке (тепловое расширение (VII.1.2.10)). Сильное нагревание твердого тела приводит к разрушению его кристаллической решетки и к переходу вещества из твердой фазы в жидкую или паровую фазу (фазовый переход I рода (11.5.4.2°)).
2°. Переход вещества из твердого состояния в газообразное называется возгонкой (сублимацией). Переход вещества из твердого состояния в жидкое называется плавлением. Плавление начинается при определенной для данного давления температуре Тпл, называемой температурой плавления. В про-
§ VII.1.4. ПОНЯТИЕ О ФАЗОВЫХ ПРЕВРАЩЕНИЯХ
585
Рис. VII.1.3
цессе плавления эта температура не изменяется. На рис.
VII. 1.3 изображена зависимость T(Q), где Q — количество теплоты (11.2.2.1°), которое сообщено нагреваемому твердому телу. Изотермический участок BC соответствует двухфазной системе: твердое тело — жидкость (ср. 11.5.3.2°, где двухфазная система: жидкость — насыщенный пар). В процессе плавления вещество переходит