Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
фізика / архив / 1атест / Тема 2 / Заняття 21.doc
Скачиваний:
23
Добавлен:
23.02.2016
Размер:
167.94 Кб
Скачать

Заняття 7 Властивості твердих тіл

Ціль: розкрити основні властивості кристалічних та аморфних тіл; ознайомити з різного виду деформаціями твердого тіла й розрахунком величини деформації; ознайомиться з механічними характеристиками властивостей твердого тіла

  1. Тверді тіла. Кристали й аморфні тіла.

  2. Види деформацій твердих тіл.

  3. Механічне напруження.

  4. Механічні властивості твердих тіл: твердість, хрупкість, пластичність.

Ключові слова: кристал, анізотропія, аморфна будова, розтяг, стиск, зсув, кручення, згин, механічне напруження, абсолютне та відносне подовження, модуль Юнга, пластичність, хрупкість.

Теоретичні відомості

Тверді тіла. Кристали та аморфні тіла

Кристали – це тверді тіла, атоми або молекули яких займають певні впорядковане положення в просторі. Наприклад, поварена сіль, сніжинки мають вісь симетрії форми.

Залежність фізичних властивостей від напрямку всередині кристалу називається анізотропією.

Тверде тіло, що складається з великої кількості маленьких кристаликів, називаються полікристаличними. Поодинокі кристали називаються монокристалами.

Аморфні тіла мають безвпорядковану структуру. Властивості аморфних тіл частіше краще відповідних кристалічних тіл за рахунок ізотропії властивостей. Температура плавління аморфних тіл складає 0,2-0,6 Тпл.кр. температури плавління відповідних кристалічних тіл.

Види деформацій твердих тіл

Деформацією називається зміна форми або обєму тіла. Деформації, які повністю зникають після припинення дії зовнішніх сил, називаються пружніми. Деформації, які не зникають після припинення дії зовнішніх сил, називаються пластичними.

Деформація розтяг (стиск). Якщо до однорідного стрижня, що закріплено одним кінцем, прикласти силу вдовж вісі стрижня в напрямку від цього кінця, то стрижень піддається деформації розтягу, яка характеризується:

абсолютним подовженням l = l – lo,

відносним подовженням.

Для стиску деформація від’ємна  < 0. При розтягу або стиску змінюється площа поперечного перерізу тіла.

Деформація зсуву. Візьмемо резиновий брусок з начерченними на його поверхні горизонтальними та вертикальними лініями та закріпимо на столі. Зверху до бруску кріпимо рейку та прикладемо до неї горизонтальну силу. В результате горизонтальні прошарки бруска перемістяться паралельно самим собі та основі, а вертикальні лінії нахиляться на кут . Деформацію, при якій відбуається зміщєння прошарків тіла відносно один одного називається деформацією зсуву. Деформацію зсуву зазнають, наприклад, заклепки та болти.

Якщо .

Для них також виконуються закони пружної деформації:

 = G,

де  - напруга зсуву, G - модуль зсуву,  - кут зсуву, або , деР - зміна тиску, яке викличе зміну обєму V, В - модуль обємної пружності.

Згин та кручення. Ці деформації зводяться до неоднорідного розтягання або стискання та неоднорідного зсуву. Деформацію згину зазнають, наприклад, навантажена балка, а кручення зазнає, наприклад, вал при обертанні.

Механічна напруга

Механічною напругою називають відношення модуля сили

пружності F до площі поперечного перерізу: ,

де F - сила, S - площа перерізу, на яке діє (на якому розподілена) сила. В СІ

Енергія пружньо деформованого тіла , де F - деформуюча сила,l – подовження тіла.

Закон Гука: механічна напруга деформації пружно деформованого тіла () прямо пропорційно модулю Юнга (Е) та відносній деформації ():  = Е

Відносну деформацію можна визначити ,

де l- довжина деформованого тіла, lo - початкова довжина тіла.

Графік залежності механічної напруги від відносного подовження  називається діаграмою розтягу.

Ділянка ОА – ділянка пропорційного подовження, на якому виконується закон Гука; п – межа міцності.

Ділянка АВ – нелінійні деформації; уп –межа пружності.

Ділянка СД - текучість матеріалу.

Точка пч – межа міцності.

Точка К відповідає руйнуванню матеріалу.

Максимальна напруга п, при якому закон Гука виконується, називається межею міцності.

Максимальна напруга уп, при якому ще не виникають помітні остаточні деформації (відносна остаточна деформація  1%) називається межею пружності.

При деякому значенні напруги, яка відповідає на діаграмі точці С, подовження нароста практично без збільшення навантаження. Це явище називається текучостю матеріалу.

Зруйнування відбувається після того, як напруження досягає максимального значення пч, що називається межею міцності. Після досягнення межі міцності матеріал розтягується без збільшення зовнішнього навантаження аж до зруйнування.

Значення меж залежать від властивостей та якості обробки матеріалу.

Так, наприклад, для деяких матеріалів твердих тіл вказані модулі та межі міцності мають такі значення.

Модуль пружності, х109 Па

Межа міцності в, х106 Па

Матеріал

Е

G

B

Розтяжіння

Стискання

Зсув

Чавун

100

40

90

170

550

170

Сталь

200

80

140

500

500

250

Бронза

100

35

80

250

250

200

Алюміній

70

25

70

200

200

200

Бетон

20

-

-

2

20

2

Мармур

50

-

70

-

35

-

Кістка людини

15

80

-

130

170

-

Механічні властивості твердих тіл: твердість, хрупкість, пластичність

Пружність. Резина або сталь виявляють пружні властивості при порівняно великих напруженнях та деформаціях. Для сталі закон Гука виконується аж до  = 1%, а для резини до десятков %. Такі матеріали називаються пружніми.

Пластичність. Матеріали, у яких незначні навантаження визивають пластичні деформації, називають пластичними.

Холодна сталь або залізо не піддаються ковці при кімнатній температурі, але при нагріві стають пластичними. Свинець і при кімнатній температурі проявляє пластичні властивості.

Хрупкість. Матеріал називається хрупким, якщо він руйнується при невеликих деформаціях. Прикладом хрупких матеріалів є чавун, мармур, янтар.

Соседние файлы в папке Тема 2