+7 495 120-13-73 | 8 800 500-97-74

(для регионов бесплатно)

Содержание

зачет по физике 8класс помогите.Пожалуйста!!! 1. Что такое электрический ток? Направление

1.Электри́ческий ток — направленное (упорядоченное) движение частиц или квазичастиц — носителей электрического заряда.

2.Сила тока ( I )- скалярная величина, равная отношению заряда q , прошедшего через поперечное сечение проводника, к промежутку времени t , в течение которого шелток. Сила тока показывает, какой заряд проходит через поперечное сечение проводника за единицу времени.

3.Ампер это единица силы тока.

4.Амперметр

5.Шкалу амперметров градуируют в микроамперах, миллиамперах, амперах или килоамперах в соответствии с пределами измерения прибора. В электрическую цепь амперметр включается последовательно с тем участком электрической цепи, силу тока в котором измеряют.

6.Напряжение показывает, какую работу совершает электрическое поле при перемещении еденичного электрического заряда из одной точки в другую ( обзначается U )

8.Параллельно измеряемому участку / элементу цепи.

9.Электрическое сопротивление, Закон Ома, формула.Электрическое сопротивлениеопределяет силу тока, текущего по цепи при заданном напряжении. Под Электрическим сопротивлением R понимаютотношение напряжения на концах проводника к силе тока, текущего по проводнику.

10.причина электрическогосопротивления заключается в том, что электроны при своем движении испытывают соударения с ионами металла. Эти соударения производят такой же результат, как и действие некоторой постоянной силы трения, стремящейся тормозить движение электронов.

11.Закон Ома для участка цепигласит: ток прямо пропорционален напряжению и обратно пропорционален сопротивлению. Если увеличить в несколько раз напряжение, действующее в электрической цепи, то ток в этойцепи увеличится во столько же раз.

12.Удельное сопротивление проводника — скалярная физическая величина, численно равная сопротивлениюоднородного цилиндрическогопроводника, изготовленного из данного вещества и имеющего длину 1 м и площадь поперечного сечения 1 м2, или сопротивлениюкуба с ребром 1 м. Единицейудельного сопротивления в СИ является ом-метр …

13.-

14.Реоста́т (потенциометр, переменное сопротивление, переменный резистор, от греч. ρηος — поток и греч. στατος — стоящий) — электрический аппарат, служащий для регулировки и получения требуемой величины сопротивления. Как правило, состоит из проводящего элемента с устройством регулирования электрического сопротивления

15.При последовательном соединении проводников сила тока во всехпроводниках одинакова. При этом общее напряжение в цепи равно сумме напряжений на концах каждого из проводников. При параллельном соединении падение напряжения между двумя узлами, объединяющими элементы цепи, одинаково для всех элементов.

16.-

17.При параллельном соединении падение напряжения между двумя узлами, объединяющими элементы цепи, одинаково для всех элементов. При этом величина, обратная общему сопротивлению цепи, равна сумме величин, обратных сопротивлениям параллельно включенных проводников.

18.-

19. Работа электрического тока на участке цепи равна произведению напряжения на концах этого участка на силу тока и на время, в течение которого совершалась работа. 
Формула: 
A= U*I*t 
1 Джоуль = 1 Вольт * 1 Ампер * 1 секунда 
______ 
Формулировка: 
Мощность электрического тока на участке цепи равна произведению напряжения на концах этого участка на силу тока. 
Формула: 
P=UI 
1 Ватт = 1 Вольт * 1 Ампер

20.

21.Зависимость тепловой энергии от силы тока в проводнике определяется по закону Джоуля-Ленца. При прохождении электрического тока по проводнику количество тепла, выделяемого током в проводнике, прямо пропорционально силе тока, взятой во второй степени, величине сопротивления проводника и времени действия тока.

22.Ла́мпа нака́ливания — искусственный источник света, в котором свет испускает тело накала, нагреваемое электрическим током до высокой температуры. В качестве тела накала чаще всего используется спираль из тугоплавкого металла (чаще всего — вольфрама), либо угольная нить. Чтобы исключить окисление тела накала при контакте с воздухом, его помещают в вакуумированную колбу либо колбу, заполненную инертными газами или парами галогенов.

23.Коро́ткое замыка́ние (КЗ) — электрическое соединение двух точек электрической цепи с различными значениями потенциала, не предусмотренное конструкцией устройства и нарушающее его нормальную работу.

24.Предохранитель — коммутационный электрический аппарат, предназначенный для отключения защищаемой цепи размыканием или разрушением специально предусмотренных для этого токоведущих частей под действием тока, превышающего определённое значение.

Электромагнитные колебания в физике: основные формулы

Электромагнитные колебания — это повторяющийся процесс взаимного превращения электрических и магнитных полей.

Электромагнитные колебания возникают в колебательном контуре.

Колебательный контур — это цепь, состоящая из конденсатора и катушки индуктивности (рис. 316).

Если сопротивлением проводов контура можно пренебречь, то такой контур называется идеальным.

При зарядке конденсатора в идеальном колебательном контуре возникают свободные, незатухающие электромагнитные колебания заряда и напряжения на обкладках конденсатора, а также силы тока и ЭДС в катушке индуктивности. Электромагнитные колебания в идеальном колебательном контуре являются высокочастотными и гармоническими.

На рис. 317 изображены графики колебаний заряда, напряжения и силы тока в идеальном колебательном контуре.

Ниже приведены уравнения электромагнитных колебаний и волн.

Уравнения электромагнитных колебаний заряда, силы тока, напряжения и ЭДС:

Здесь q — мгновенный заряд (Кл), — максимальный заряд (Кл), —циклическая частота колебаний (рад/с), t — время колебаний (с), — начальная фаза (рад), i — мгновенная сила тока (А), — максимальная сила тока (А), u — мгновенное напряжение (В), — максимальное напряжение (В), е — мгновенная ЭДС (В), — максимальная ЭДС (В), S — площадь вращающегося контура , С — емкость конденсатора (Ф).

Период, циклическая частота и частота свободных электромагнитных колебаний в колебательном контуре (формула Томсона)

Здесь Т — период колебаний (с), L — индуктивность катушки (Гн), С— емкость конденсатора (Ф), —циклическая частота колебаний (рад/с), v — частота колебаний (Гц).

Формула силы переменного тока:

Здесь i — мгновенная сила тока (A), — первая производная заряда по времени (А), — максимальная сила тока (А), — максимальный заряд (Кл).

Действующие значения переменного тока:

Здесь I — действующее значение силы переменного тока (A), — максимальное значение силы тока (A), U — действующее значение напряжения (В), — максимальное напряжение (В), — действующая ЭДС (В), — максимальная ЭДС (В).

Индуктивное, емкостное и полное сопротивления в цепи переменного тока

Здесь — индуктивное сопротивление (Ом), — емкостное сопротивление (Ом), — циклическая частота переменного тока (рад/с), Z — полное сопротивление (Ом), R — активное сопротивление (Ом).

Закон Ома для полной цепи переменного тока:

Здесь I — действующее значение силы переменного тока (A), U — действующее значение напряжения переменного тока (В), — максимальная сила переменного тока (A), — максимальное напряжение переменного тока (В). Остальные величины названы в предыдущей формуле.

Средняя мощность в цепи переменного тока:

Здесь Р — мощность переменного тока (Вт), U — его действующее напряжение (В), I — действующая сила тока (A), — коэффициент мощности переменного тока (безразмерный), — сдвиг фаз между током и напряжением (рад).

Коэффициент мощности переменного тока

Здесь все величины названы в предыдущих формулах.

Коэффициент трансформации трансформатора

Здесь k — коэффициент трансформации трансформатора (безразмерный), — напряжение на первичной обмотке (В), — напряжение на вторичной обмотке (В), — число витков в первичной обмотке (безразмерное), — число витков во вторичной обмотке (безразмерное).

Формулы длины электромагнитной волны в вакууме (воздухе)

Здесь — длина волны (м), м/с — скорость света в вакууме, Т — период колебаний (с), v — частота колебаний (Гц).

Плотность потока электромагнитного излучения

Здесь I — плотность потока электромагнитного излучения —электромагнитная энергия, проходящая через некоторую поверхность (Дж), S — площадь этой поверхности — время прохождения энергии (с).

Свободные электромагнитные колебания в идеальном колебательном контуре подчиняются закону сохранения энергии: полная энергия электромагнитных колебаний равна максимальной энергии электрического поля конденсатора , или равна максимальной энергии магнитного поля катушки индуктивости , или равна сумме мгновенных электрической и магнитной энергий поля конденсатора и катушки в любой промежуточный момент:

Это закон можно записать, развернув значения энергии электрического и магнитного полей через их параметры:

В этом уравнении максимальную энергию электрического поля в зависимости от известных величин можно выразить как ; а его мгновенную энергию — соответственно как . Здесь q, u и i — мгновенные значения заряда, напряжения и силы тока.

Всякий реальный колебательный контур (рис. 318) имеет сопротивление проводов R. Если ему один раз сообщить энергию, например, зарядив конденсатор С, то колебания в нем будут затухающими из-за потерь энергии на джоулево тепло. График затухающих колебаний силы тока изображен на рис. 319.

Чтобы колебания были незатухающими, колебательный контур надо пополнять энергией, например, включив в него источник переменного напряжения (рис. 320).

Если частота пополнения контура энергией будет равна собственной частоте колебаний контура, то в контуре возникнет электрический резонанс — явление резкого возрастания максимальной силы тока в контуре (амплитуды силы тока), когда частота пополнения контура энергией становится равной собственной частоте колебаний в контуре.

При вращении проводящего контура в магнитном поле в нем вследствие явления электромагнитной индукции возникает переменный ток.

Действующим (эффективным) значением переменного тока называют силу такого постоянного тока, который, проходя по контуру, выделяет в единицу времени столько же тепла, что и данный переменный ток. Измерительные приборы, включенные в цепь переменного тока, показывают его действующие значения.

Если в цепь переменного тока включить катушку индуктивности, то в ней возникнет ток самоиндукции, который, согласно правилу Ленца, будет препятствовать изменению переменного тока. Из-за этого колебания силы тока в контуре будут отставать по фазе от колебаний напряжения, поэтому катушка индуктивности, включенная в контур, оказывает индуктивное сопротивление переменному току.

Если в цепь переменного тока включить конденсатор, то изменение напряжения на его обкладках будет отставать по фазе от изменения силы тока, поэтому конденсатор будет оказывать емкостное сопротивление переменному току.

Индуктивное и емкостное сопротивления вместе называются реактивным сопротивлением.

Сопротивление R, которое оказывают проводники цепи, называется активным сопротивлением. Джоулево тепло выделяется только на активном сопротивлении — в этом состоит главное отличие активного сопротивления от емкостного и индуктивного сопротивлений.

Устройство для изменения напряжения переменного тока называется трансформатором Т (рис. 321).

Действие трансформатора основано на явлении электромагнитной индукции. Трансформатор состоит из замкнутого ферромагнитного сердечника, на который надеты обмотки. Та обмотка, которую подключают к источнику изменяемого напряжения, называется первичной, а та, с которой измененное напряжение подается на потребитель — вторичной.

Если число витков во вторичной обмотке больше числа витков в первичной, то трансформатор называется повышающим, а если меньше — то понижающим. Величина к, показывающая, во сколько раз трансформатор изменяет напряжение переменного тока, называется коэффициентом трансформации трансформатора.

Напряжение на обмотках прямо пропорционально числу витков в них:

Поскольку КПД трансформатора очень высок, работа тока в его обеих обмотках примерно одинакова. Поэтому силы тока в обмотках обратно пропорциональны числу витков и в них:

Электромагнитные волны — это распространение в пространстве электромагнитных колебаний.

Микроисточником электромагнитных волн является возбужденный атом, макроисточником — колебательный контур. Электромагнитные волны излучают ускоренно движущиеся заряженные частицы.

Электромагнитные волны являются поперечными волнами, т.к. векторы электрической напряженности и магнитной индукции в электромагнитной волне колеблются перпендикулярно ее перемещению (рис. 322).

В вакууме электромагнитные волны распространяются с максимальной скоростью м/с.

Амплитуда электромагнитной волны пропорциональна квадрату ее частоты, а ее энергия пропорциональна частоте в четвертой степени. Электромагнитные волны обладают всеми свойствами волн: интерференцией, дифракцией, дисперсией и поляризацией.

На рис. 323 изображена шкала электромагнитных волн, на которой электромагнитные волны расположены в порядке возрастания их частоты или в порядке убывания длины волны.

Эта теория со страницы подробного решения задач по физике, там расположена теория и подробное решения задач по всем темам физики:

Задачи по физике с решением

Возможно вам будут полезны эти страницы:

Конспект урока по физике на тему «Зависимость силы тока от напряжения. Закон Ома». (8 класс, физика)

Предмет: Физика.

Класс: 8.

Учитель: Елакова Галина Владимировна.

Место работы: Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение «Средняя общеобразовательная школа №7» г. Канаш Чувашской Республики.                   

  Тема урока: «Зависимость силы тока от напряжения. Закон Ома».

Основной материал. Установление на опыте зависимости силы тока от напряжения и от сопротивления. Закон Ома для участка цепи.

Цели:

Образовательная:

-Экспериментально установить зависимость между физическими величинами – силой тока, электрическим сопротивлением и электрическим напряжением.

-Изучить закон Ома для участка цепи.

Привести все знания в логическую последовательную систему, углубить и закрепить знания.

Повторить основные понятия и формулы темы, систематизировать материал.

Продолжить формирование умений, применять теоретические знания при решении разных типов задач, применять нужную формулу, оперировать числовыми данными.

Формирование у учащихся целого ряда умственных действий, умение находить выход из сложившийся ситуации, решать качественные задачи, выяснение знаний в соотношениях между единицами физических величин.

Умение формулировать, красиво и правильно произносить определения и физические законы, результаты опытов.

_Развивать познавательный интерес к физике.

Воспитательная:

Воспитание интереса к научным знаниям, изучению предмета физики.

Развитие способностей к исследовательскому труду.

  Оборудование: L- микро набор «Электричество», экран, компьютер, мультимедийный проектор.

      Вы узнаете:

Как Ом открыл свой закон.

Как зависит сила тока от сопротивления.

Какая зависимость существует между силой тока, напряжением и сопротивлением.

Что такое короткое замыкание.

      Вы вспомните:

Что такое сила тока, напряжение и сопротивление.

Какая величина характеризует электрическое поле.

Какая величина характеризует электрический ток.

Какая величина характеризует сам проводник.

Что сила тока в проводнике зависит не только от напряжения, но и от свойств самого проводника.

Что связь между силой тока и напряжением была установлена на опыте.

Что сила тока в цепи прямо пропорциональна напряжению.

Что сила тока зависит также и от сопротивления проводника.

Учитель: На предыдущих уроках мы познакомились с основными величинами, характеризующими электрическую цепь. Цель нашего урока — экспериментально установить зависимость между физическими величинами – силой тока, электрическим сопротивлением и электрическим напряжением. Выясним, кто впервые установил эту зависимость.  (Слайд) Георг Симон Ом (1787-1854) — немецкий физик, автор основного закона электрической цепи — закон Ома (видео, Классная физика? ссылка на источник «Класс!ная физика» обязательна: http://class-fizika.ru/vf.html)

 

    Ом Георг Симон (1787-1854) – немецкий физик, автор одного из основных законов, определяющих электрические токи в металлических проводниках. С юных лет Ом привык творчески относиться к любой работе. В 17 лет Ом становится учителем математики. Проводя занятия со школьниками, Георг продолжает совершенствовать свои знания по математике, физике, химии и философии, изучает труды корифеев науки. Попробуем мысленно перенестись в двадцатые годы XIX века! Тогда электрические токи в проводниках были, уже известны, уже существовали источники тока (батареи гальванических элементов), датский физик Х. К. Эрстед открыл, что электрический ток оказывает действие на стрелку компаса, но что собой представляет этот ток, как его измерять, от чего он зависит – об этом физики почти ничего не знали. Не было не только никаких измерительных приборов, но даже ещё и терминов «сила тока», «напряжение», «сопротивление». На протяжении более четверти века после создания первого источника электрического тока, вольтова столба, многие физики ошибочно считали, что проводник является «чисто пассивной частью электрической цепи». Такое мнение господствовало вплоть до сороковых годов девятнадцатого столетия. Ома это не смутило, и он приступил к опытам.

    Ому нужен был прибор, позволявший измерять силу электрического тока. Незаурядная эрудиция и мастерство позволили ему решить эту нелёгкую задачу. Ему удалось найти настолько оригинальное техническое решение, что позднее физики справедливо назвали прибор Ома «первым прибором для электрических измерений».


   

Ом многократно повторял эксперименты с различными проводниками, концы которых он помещал в фарфоровые чашечки со ртутью, тем самым замыкая цепь (на фото внизу слева). Но особенно важное наблюдение Ома заключалось в следующем: изменяя длину проводника, он доказал, что, выражаясь современной терминологией, сила тока обратно пропорциональна сопротивлению участка цепи. Так звучит уже знакомая нам формулировка закона Ома, впервые опубликованная им в 1827 г.
Открытие Ома, давшее возможность впервые количественно изучать токи, имело и имеет огромное значение для науки! Все теоретические и опытные проверки открытых им закономерностей, показали полную их точность!

   Работу Ома в Германии встретили очень хорошо. В 1833 году ученый был уже профессором политехнической школы в Нюрнберге. Однако за рубежом, особенно во Франции и Англии, работы Ома долгое время оставались неизвестными. Через 10 лет после появления его работы французский физик Пулье на основе экспериментов пришел к таким же выводам. Но Пулье было указано, что установленный им закон еще в 1827 г. был открыт Омом. Любопытно, что французские школьники и поныне изучают закон Ома под именем закона Пулье.

   Раньше всех из зарубежных учёных, заслуги Ома признали русские физики Э. Х. Ленц и

Б. С. Якоби. На Электротехническом съезде в Париже в 1881 г. единицу электрического сопротивления назвали 1 Ом.
О значении этих работ профессор Мюнхенского университета Е. Ломмель при открытии памятника Ому в 1895 г. сказал так: «Открытие Ома было ярким факелом, осветившим ту область электричества, которая до него была окутана мраком. Ом указал единственно правильный путь через непроходимый лес непонятных фактов. Замечательные успехи в развитии электротехники, за которыми мы с удивлением наблюдали в последние десятилетия, могли быть достигнуты только на основе открытия Ома. Лишь тот в состоянии господствовать над силами природы и управлять ими, кто сумеет разгадать законы природы. Ом вырвал у природы так долго скрываемую тайну и передал её в руки современников».

 Преданность науке со стороны Ома была столь велика, что за всю жизнь он так и не создал собственной семьи.  Родной брат Георга Мартин также прославился в науке, став известным математиком.

  Постепенно, сначала в России, а затем и в других странах, теория Ома получила полное признание. Закон Ома внес такую ясность в правила расчета токов и напряжений в электрических цепях, что американский ученый Дж. Генри, узнав об открытиях Ома, не удержался от восклицания: «Когда я первый раз прочел теорию Ома, то она мне показалась молнией, вдруг осветившей комнату, погруженную во мрак».

     Приобретенными знаниями Ом щедро делился со своими учениками, среди которых       оказалось немало известных ученых, например, математик П. Дирихле и астроном Е. Гейс.

 

    О значении исследований Ома точно сказал профессор физики Мюнхенского университета Е. Ломмель при открытии памятника ученому в 1895 году: «Открытие Ома было ярким факелом, осветившим ту область электричества, которая до него была окутана мраком. Ом указал единственно правильный путь через непроходимый лес непонятных фактов. Замечательные успехи в развитии электротехники, за которыми мы с удивлением наблюдали в последние десятилетия, могли быть достигнуты только на основе открытия Ома. Лишь тот в состоянии господствовать над силами природы и управлять ими, кто сумеет разгадать законы природы. Ом вырвал у природы так долго скрываемую тайну и передал ее в руки современников».

    Учитель: Как понять закон Ома? Как зависит сила тока от сопротивления? Как связаны между собой сила тока, напряжение и сопротивление?

Ответ на поставленный вопрос можно получить из опыта. Составим цепь, взяв в качестве источника тока аккумулятор и по очереди включают проводники, обладающие сопротивлением 1 Ом, 2 Ом, 4 Ом.

Вывод: Вольтметр, подключаемый к концам этих проводников, показывает одинаковое напряжение (внутреннее сопротивление аккумулятора очень мало).

  При другом источнике тока постоянное напряжение следует поддерживать при помощи потенциометра, реостата, каждый раз привлекаю внимание на то, что измерения приводят при одном и том же напряжении. Силу тока измеряем амперметром. Анализируя результаты делаем вывод: сила тока на концах проводника обратно пропорциональна сопротивлению проводника.

  

Свой знаменитый закон Ом вывел экспериментальным путём. Проведём несложный опыт.

Соберём электрическую цепь, в которой источником тока будет аккумулятор, а прибором для измерения тока – последовательно включенный в цепь амперметр. Нагрузкой служит спираль из проволоки. Напряжение будем измерять с помощью вольтметра, включенного параллельно спирали. Замкнём с помощью ключа электрическую цепь и запишем показания приборов. Подключим к первому аккумулятору второй с точно такими же параметрами. Снова замкнём цепь. Приборы покажут, что и сила тока, и напряжение увеличились в 2 раза. Если к 2 аккумуляторам добавить ещё один такой же, сила тока увеличится втрое, напряжение тоже утроится.

Вывод: сила тока в проводнике прямо пропорциональна напряжению, приложенному к концам проводника.

 В нашем опыте величина сопротивления оставалась постоянной. Мы меняли лишь величину тока и напряжения на участке проводника. Оставим лишь один аккумулятор. Но в качестве нагрузки будем использовать спирали из разных материалов. Их сопротивления отличаются. Поочерёдно подключая их, также запишем показания приборов. Мы увидим, что здесь всё наоборот. Чем больше величина сопротивления, тем меньше сила тока.

Вывод: Сила тока в цепи обратно пропорциональна сопротивлению.

Итак, наш опыт позволил нам установить зависимость силы тока от величины напряжения и сопротивления. Делаем общий вывод и записываем закон Ома для участка цепи.

Опытным путём Ом установил взаимосвязь между этими основными параметрами электрической цепи: «Сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна электрическому сопротивлению на этом участке».

I = U/R; Это и есть формула закона Ома для участка цепи.

R = U/I — формула сопротивления;

U = IR — формула напряжения. Чтобы найти напряжение U на концах участка цепи, надо силу тока I на этом участке умножить на его сопротивление R.

 

 

 

 

Разделим треугольник на 3 части. Впишем в каждую из них величины, входящие в закон Ома — так, как показано на рисунке.

Закроем величину, которую нужно найти. Если оставшиеся величины находятся на одном уровне, то их нужно перемножить. Если же они располагаются на разных уровнях, то величину, расположенную выше, необходимо разделить на нижнюю.

   Учитель: Чтобы интуитивно понять закон Ома, обратимся к аналогии представления тока в виде жидкости. Именно так думал Георг Ом, когда проводил опыты, благодаря которым был открыт закон, названный его именем. Представим, что ток – это не движение частиц-носителей заряда в проводнике, а движение потока воды в трубе.  Сначала воду насосом поднимают на водокачку, а оттуда, под действием потенциальной энергии, она стремиться вниз и течет по трубе. Причем, чем выше насос закачает воду, тем быстрее она потечет в трубе. Отсюда следует вывод, что скорость потока воды (сила тока в проводе) будет тем больше, чем больше потенциальная энергия воды (разность потенциалов).

 

 Учитель: А что произойдёт, если сопротивление внешней цепи вдруг станет равно нулю?

В повседневной жизни мы можем наблюдать это, если, например, повреждается электрическая изоляция проводов, и они замыкаются между собой. Возникает явление, которое называется коротким замыканием. Ток, называемый током короткого замыкания, будет чрезвычайно большим. При этом выделится большое количество теплоты, которое может привести к пожару. Чтобы этого не случилось, в цепи ставят устройства, называемые предохранителями. Они устроены так, что способны разорвать электрическую цепь в момент короткого замыкания.

   При уменьшении сопротивления сила тока возрастает. Если сила тока превысит допустимое для данной цепи значение, включенные в нее приборы могут выйти из строя; провода при этом могут раскалиться и стать причиной пожара. Именно такая ситуация возникает при коротком замыкании. Так называют соединение двух точек электрической цепи, находящихся под некоторым напряжением, коротким проводником, обладающим очень малым сопротивлением.

    Короткое замыкание может возникнуть при соприкосновении оголенных проводов, при небрежном ремонте проводки под током, при большом скоплении пыли на монтажных платах и даже при случайном попадании какого-нибудь насекомого внутрь прибора.

               Закрепление нового материала.

1. Сформулируйте закон Ома.

 2. Как изменится сила тока на участке цепи, если при неизменном сопротивлении увеличить напряжение на его концах?

3. Как изменится сила тока, если при неизменном напряжении увеличить сопротивление участка цепи?

 4. Как с помощью вольтметра и амперметра можно измерить сопротивление проводника? 5. По какой формуле находится напряжение, если известны сила тока и сопротивление данного участка?

6. Что называют коротким замыканием? Почему при этом увеличивается сила тока?

  Криптограмма.

Отгадав ключевые слова и заменив числа буквами, вы сможете прочитать физический закон и фамилию ученого, открывшего этот закон (см. рис.)

  Значение ключевых слов:

1. Единица количества электричества: 8 – 17 — 9 — 12 – 22.

2. Физическая величина, измеряемая вольтами: 22 – 24 – 13- 14 – 23 – 5 – 4 – 22 – 7 – 4.

3. Место на источнике тока, на котором накапливаются электрические заряженные частицы: 13 – 12 – 9 – 11 – 15.

4. Прибор, служащий для обнаружения в цепи электрического тока:

3 -24 -9 -25 -2 -24 -22 -12 -12 -10 – 4 – 16 – 14.

5. Металл, обладающий весьма малым удельным сопротивлением:

  15 – 4 – 14 – 4 – 1 – 14 – 12.

6. Сплав с высоким удельным сопротивлением: 22 – 7 – 18 – 14 – 12 – 10.

7. Покрытие проводника, препятствующее электрическому контакту этого проводника с окружающими телами:7 -6 – 12 – 9 – 23 – 19 – 7 – 23.

8. Раздел физики: 21- 9 – 4 – 8 – 16 – 14 – 7 – 20 – 4 – 15 – 16 – 2 – 12.

 

 

15

7

 

 

9

24

 

16

12

8

 

 

24

 

2

 

17

20

24

15

16

8

 

 

4

 

19

4

13

7

 

13

14

23

 

 

10

12

 

13

14

12

13

12

14

19

7

12

 

 

22

24

9

25

22

24

 

22

24

13

14

23

 

5

4

22

7

11

 

 

 

22

24

 

8

12

22

19

24

18

 

21

16

 

 

12

3

12

 

17

20

 

24

15

16

8

24

 

7

 

12

1

14

24

 

 

16

22

12

 

13

14

12

13

12

14

19

7

 

 

12

22

24

9

25

22

24

 

4

3

 

 

12

 

15

12

13

14

12

16

7

2

 

 

9

4

22

7

11

*

 

 

12

10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Криптограмма. Ключевые слова:

 1. Кулон.

2. Напряжение.

3. Полюс.

4. Гальванометр.

5. Серебро.

6. Нихром.

7. Изоляция.

8. Электричество.

Зашифровано: «Сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого участка и обратно пропорциональна его сопротивлению. Ом».

  Подведение итогов урока.

 

Литература:

1. Алексеева М. Н./ Физика – юным: Теплота. Электричество. Книга для внеклассного чтения. 7 кл./Сост. М. Н. Алексеева. – М.: Просвещение, 1980. – 160 с.

2. Кириллова В.Г.: «Книга для чтения по физике»: Учеб. пособие для учащихся 6-7 кл. сред. шк./ Сост. И. Г. Кириллова. – 3-е изд., перераб. – М.: Просвещение, 1986. – 207 с.

5. Источник: из книги В. Карцева » Приключения великих уравнений»

 «Класс!ная физика» обязательна: http://class-fizika.ru/8_el14.html

«Класс!ная физика» обязательна: http://class-fizika.ru/8_el0.html

 


 

Скачано с www. znanio.ru

Урок физики в 8-м классе по теме «Зависимость силы тока от напряжения. Закон Ома для участка цепи»

Тема урока: Зависимость силы тока от напряжения. Закон Ома для участка цепи.

Цель урока: Установить зависимость между силой тока, напряжением на однородном участке электрической цепи и сопротивлением этого участка.

Задачи урока:

  • Выяснить, что сила тока в участке цепи обратно пропорциональна его сопротивлению, если при этом напряжение остается постоянным
  • выяснить, что сила тока прямо пропорциональна напряжению на концах проводника, если при этом сопротивление не меняется.
  • научиться применять закон Ома для участка цепи при решении задач.
  • научиться определять силу тока, напряжение по графику зависимости между этими величинами, а также сопротивление.

Оборудование: Экран,  демонстрационные амперметр и вольтметр, источник тока, ключ, соединительные провода, демонстрационный магазин сопротивлений, ТСО, портреты ученых.

План урока

  1. Организационный момент.
  2. целью подготовки к восприятию нового материала.
  3. Изучение нового материала.
  4. Закрепление знаний, умений и навыков.
  5. Домашнее задание.
  6. Подведение итогов урока.

ХОД УРОКА

1. Организационный момент

Учитель: По словам русского поэта ХIХ века Якова Петровича Полонского,

Царство науки не знает предела –
Всюду следы ее вечных побед,
Разума слово и дело,
Сила и свет.

Эти слова по праву можно отнести  к теме, которую мы сейчас изучаем — электрические явления.  Они подарили нам много открытий, осветивших нашу жизнь в прямом и переносном смысле. А сколько еще неопознанного вокруг! Какое поле деятельности для пытливого ума, умелых рук и любознательной натуры. Так что запускайте свой «вечный двигатель», и вперед!
Вспомним, что изучая тему «Электрические явления», вы узнали основные величины, характеризующие электрические цепи.

2. Актуализация знаний учащихся

Учитель: В начале,  пожалуйста, перечислим основные величины, характеризующие электрические цепи.

Ученики: Сила тока, напряжение и сопротивление.

Учитель:  А теперь, дайте небольшую характеристику каждой из этих величин, по следующему плану:

  1. Название величины.
  2. Что характеризует данная величина?
  3. По какой формуле находится?
  4. В каких единицах измеряется?
  5. Каким прибором измеряется или изменяется?

Ученики:
Сила тока – характеризует электрический ток в проводнике.
– формула для нахождения силы тока, где q-заряд, проходящий через поперечное сечение проводника, t-время прохождения заряда. Единица измерения – ампер. Измеряется сила тока – амперметром.
Напряжение-величина, которая характеризует электрическое поле.
– формула для нахождения напряжения, где А- работа по переносу заряда через поперечное сечение проводника, q-заряд. Единица измерения – вольт. Напряжение измеряется  вольтметром.
Сопротивление характеризует сам проводник, обозначается – R, единица измерения 1Ом.

Учитель:  на доске заполняем таблицу 1:

Таблица 1

Физическая величина

Сила тока

Напряжение

Сопротивление

Обозначение      
Единица измерения      
Прибор для измерения или изменения      

Правильно, заполненная таблица 1:

Таблица 1

Физическая величина

Сила тока

Напряжение

Сопротивление

Обозначение

I

U

R

Единица измерения

1 А
(1 Ампер)

1 В
(1 Вольт)

1 Ом

Прибор для измерения или изменения

Амперметр

Вольтметр

Проводник

 Учитель: Ребята, а что вы знаете об ученых,  открывших силу тока, напряжение, сопротивление?

(Ученики приготовили сообщения об ученых физиках)

Ученики: Единицы измерения физических величин силы тока, напряжения и сопротивления, названы в честь ученых открывших их. Ампер, Вольт и Ом.

Андре-Мари Ампер – на его памятнике высечена надпись:  «Он был также добр и также прост, как и велик». Славился своей рассеянностью. Про него рассказывали, что однажды он с сосредоточенным видом варил в воде свои часы 3 минуты, держа яйцо в руке.

Алессандро Вольта – был рыцарем почетного легиона, получил звание сенатора и графа. Наполеон не упускал случая посетить заседания Французской академии наук, где он выступал. Изобрел электрическую батарею, пышно названную «короной сосудов».

Георг Ом – немецкий физик. Опыты и теоретические доказательства были описаны им в главном труде «Гальваническая цепь, разработанная математически», вышедшем в 1827 г.

Разноуровневые задания:

Задание №1

1. Сколько ампер в 250 мА?

А) 250 А;
Б) 25 А;
В) 2,5 А;
Г) 0,25 А.

2. Вставьте пропущенное определение:

Величина, равная … называется электрическим напряжением.

А) произведению мощности на силу тока;
Б) отношению мощности к силе тока;
В) отношению работы к величине электрического заряда.

3. Начертите схему электрической цепи: источник тока, ключ, амперметр, соединительные провода,  две лампочки и вольтметр, измеряющий напряжение на одной из лампочек.

Ответ: (1 – Г; 2 – В; 3 – Рис.1)

Рис. 1

Задание №2

1. Сколько киловольт  в 750 В?

А) 750000 кВ;
Б) 0,75 кВ;
В) 75 кВ;
Г) 7,5 кВ.

2. Вставьте пропущенное определение:

Величина, равная … называется силой тока.

А) отношению работы к величине электрического заряда;
Б) отношению электрического заряда ко времени;
В) произведению работы  на время.

3.  Начертите схему электрической цепи: источник тока, ключ, амперметр, соединительные провода, две лампочки и вольтметр, измеряющий напряжение на  двух лампочках.

Ответ: (1 – Б; 2 – Б; 3 – Рис.2)

Рис. 2

3. Изучение нового материала

Учитель: На прошлых уроках ребята, мы изучали силу тока, напряжение и сопротивление в отдельности. Сегодня мы перед собой поставили цель: раскрыть взаимозависимость силы тока, напряжения и сопротивления на участке электрической цепи. Выясним,  как зависит сила тока от сопротивления, если напряжение остается постоянным.
Обратимся к опыту:

1. Соберем цепь, состоящую: источника тока, амперметра, вольтметра, проводников сопротивлением 1 Ом, 2 Ом, 4 Ом.

2. В цепь по очереди включаем проводники, обладающие различным сопротивлением. Напряжение на концах проводника во время опыта поддерживается  постоянным. Силу тока в цепи измеряем амперметром.

Результаты измерений поместим в таблицу 2:

Таблица 2

№ опыта Напряжение на концах проводника, В Сопротивление проводника, Ом Сила тока в цепи, А

1

2

1

2

2

2

2

1

3

2

4

0,5

Учитель: Что вы наблюдали?

Ученики: С увеличением сопротивления сила тока уменьшается.

Учитель: Какой вывод можно сделать из этого?

Ученики: Сила тока в проводнике обратно пропорциональна сопротивлению проводника.

Учитель: Выясним,  как зависит сила тока от напряжения, если при этом сопротивление не меняется. Обратимся к опыту:

1. Соберем цепь, состоящую из источника тока - аккумулятора, амперметра, спирали из никелиновой проволоки (проводника), ключа и параллельно присоединенного к спирали вольтметра.

2. Присоединяем к первому аккумулятору второй, затем третий такой же, замыкаем цепь и отмечаем показание приборов при каждом подключении  дополнительного аккумулятора.

Результаты измерений поместим в таблицу 3:

Таблица 3

№ опыта

Напряжение на концах проводника, В

Сопротивление проводника, Ом Сила тока в цепи, А

1

2

4

0,5

2

4

4

1

3

6

4

1,5

Учитель: Что вы наблюдали?

Ученики:  При увеличении напряжения в два раза, сила тока увеличилась вдвое. При трех аккумуляторах напряжение на спирали увеличилось втрое,  во столько же раз увеличилась сила тока.

Учитель: Какой вывод из этого можно сделать?

Ученики: Сила тока в проводнике прямо пропорциональна напряжению на концах проводника.

Учитель: Используя результаты опытов, и выводы сделанные из них,  установим зависимость  силы тока, напряжения и сопротивления.

Такая запись носит название закона Ома для участка цепи.

Сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого участка и обратно пропорциональна его сопротивлению.

Учитель:

Историческая справка: Этот закон открыл немецкий физик Георг Ом в  1827 году. Французские школьники изучают этот закон под именем Пуйе — французского физика, установившего этот же закон, но спустя 10 лет.
Учитель: Для того, чтобы вам было легче запомнить формулу закона Ома можно воспользоваться следующим способом её записи. (рис. 3)  

 

Рис. 3

           ;                  ;                   U = I * R

Физическая пауза

Учитель: Прежде чем приступить к решению задач проведем физическую паузу. Представим,  что мы с вами пассажиры автобуса…

  • автобус резко трогается с места – ученики должны наклониться назад.
  • автобус тормозит – отклонится вперед.
  • автобус поворачивает направо – наклоняются влево.
  • автобус поворачивает налево – наклоняются вправо.

Учитель: Какое физическое явление вы изображали?

Ученики: Инерция – явление сохранения скорости тела, когда на это тело не действуют внешние силы.

4. Закрепление умений и навыков

Используя закон Ома для участка цепи, решим задачу.

Задача 1.

Напряжение на зажимах электрического утюга 220 В, сопротивление нагревательного элемента утюга 50 Ом. Чему равна сила тока в нагревательном элементе?

Дано:

U = 220 В
R = 50 Ом

I – ?

Решение:

Ответ: 4,4 А

Задача 2.

На рис.4  изображен график зависимости силы тока от напряжения для двух проводников А и В. Определите сопротивление каждого из проводников. Какой из этих проводников обладает большим сопротивлением?

 

Рис. 4

Учитель:  Решаем эту задачу по вариантам. Вариант 1 – находит сопротивления проводника А. Вариант 2 – находит сопротивление проводника В.

Вариант 1.

Дано:

U = 6B
I = 3A

RA –  ?

Решение:

;

Ответ: 2 Ом

Вариант 2.

Дано:

U = 4B
I = 1A

RB – ?

Решение:

;

;

Ответ: 4 Ом.

Ученики:  2 Ом < 4 Ом , значит   RARB,  сопротивление проводника А меньше, чем сопротивление проводника В.   

5. Домашнее задание: п.42–44, упр.19 № 3,4

6. Подведение итогов урока, оценки работы учащихся

Учитель:  Молодцы ребята, очень хорошо потрудились, хорошо решали задачи, внимательно слушали и принимали активное участие в выводе закона Ома. Как для каждого прошел урок, мы сейчас увидим по результатам самодиагностики.

Самодиагностика (учащиеся поднимают одну из трех карточек, лежащих у них на парте).

  • Красная карточка – удовлетворен уроком, урок полезен для меня, я работал и получил заслуженную оценку; я понимал все, о чем говорилось.
  • Желтая карточка – урок был интересен, я отвечал с места, сумел выполнить ряд заданий. Мне на уроке достаточно комфортно.
  • Зеленая карточка – пользы от урока я получил мало, я не очень понимал, о чем идет речь, к ответу на уроке я был не готов.

терминов по физике: напряжение и деформация

Когда тело подвергается действию деформирующей силы, в теле возникает возвращающая сила, равная по величине, но противоположная по направлению приложенной силе. Эта восстанавливающая сила на единицу площади известна как напряжение . Мы также можем рассматривать напряжение как меру внутренней силы, испытываемой объектом на единицу площади поперечного сечения.{-2}] [ML-1T-2].

Деформация — это просто мера того, насколько объект растягивается или деформируется. Напряжение возникает при приложении силы к объекту. Деформация в основном связана с изменением длины объекта.

Если исходная длина тела L0L_0L0 изменяется на ΔL \ Delta LΔL, то напряжение может быть выражено как

Деформация = ΔLL = Изменение длины Исходная длина. \ text {Strain} = \ dfrac {\ Delta L} {L} = \ dfrac {\ text {Изменение длины}} {\ text {Исходная длина}}.Деформация = LΔL = Исходная длина Изменение длины.

Поскольку деформация — это отношение двух величин с одинаковыми размерами, у нее нет единицы измерения.

Виды стресса:

  • Продольное напряжение, которое состоит из напряжения растяжения и напряжения сжатия
  • Касательное напряжение или напряжение сдвига
  • Гидравлическое напряжение

Типы деформации:

  • Продольная деформация
  • Деформация сдвига
  • Объемная деформация

Когда тело растягивается двумя равными силами, приложенными перпендикулярно его площади поперечного сечения, эта восстанавливающая сила на единицу площади называется растягивающим напряжением .

Когда тело сжимается под действием приложенных сил, эта восстанавливающая сила на единицу площади известна как сжимающее напряжение .

Растягивающее или сжимающее напряжение также известно как продольное напряжение .

12.4: Напряжение, деформация и модуль упругости (Часть 1)

Цели обучения

  • Объяснить концепции напряжения и деформации при описании упругих деформаций материалов
  • Описать виды упругого деформирования предметов и материалов

Модель твердого тела — идеализированный пример объекта, который не деформируется под действием внешних сил.Это очень полезно при анализе механических систем, а многие физические объекты действительно в значительной степени жесткие. Степень, в которой объект может восприниматься как как жесткий, зависит от физических свойств материала, из которого он сделан. Например, мяч для пинг-понга, сделанный из пластика, является хрупким, а теннисный мяч, сделанный из резины, эластичен, когда на него воздействуют сжимающие силы. Однако при других обстоятельствах и мяч для пинг-понга, и теннисный мяч могут хорошо отскакивать как твердые тела.Точно так же тот, кто проектирует протезы, может приблизиться к механике человеческих конечностей, моделируя их как твердые тела; однако фактическая комбинация костей и тканей представляет собой эластичную среду.

В оставшейся части этого раздела мы переходим от рассмотрения сил, влияющих на движение объекта, к тем, которые влияют на форму объекта. Изменение формы из-за приложения силы называется деформацией. Известно, что даже очень небольшие силы вызывают некоторую деформацию.Деформация испытывается объектами или физическими средами под действием внешних сил — например, это может быть сжатие, сжатие, разрыв, скручивание, срезание или растяжение объектов. На языке физики два термина описывают силы, действующие на объекты, подвергающиеся деформации: напряжение и напряжение .

Напряжение — это величина, которая описывает величину сил, вызывающих деформацию. Напряжение обычно определяется как силы на единицу площади .Когда силы притягивают объект и вызывают его удлинение, например, при растяжении эластичной ленты, мы называем такое напряжение растягивающим напряжением . Когда силы вызывают сжатие объекта, мы называем это напряжением сжатия . Когда объект сдавливается со всех сторон, как подводная лодка в глубинах океана, мы называем этот вид напряжения объемным напряжением (или объемным напряжением ). В других ситуациях действующие силы могут быть ни растягивающими, ни сжимающими, и все же вызывать заметную деформацию.Например, предположим, что вы держите книгу в ладонях, затем одной рукой вы нажимаете и тянете переднюю обложку от себя, а другой рукой вы нажимаете и тянете заднюю обложку в направлении ты. В таком случае, когда деформирующие силы действуют по касательной к поверхности объекта, мы называем их «поперечными» силами, а вызываемое ими напряжение — , напряжение сдвига .

Единицей измерения напряжения в системе СИ является паскаль (Па). Когда сила в один ньютон воздействует на единицу площади квадратного метра, результирующее напряжение составляет один паскаль:

\ [один \; паскаль = 1.{5} \; Па = 14,7 \; фунт / кв. дюйм \ ldotp \]

Объект или среда под напряжением деформируются. Величина, описывающая эту деформацию, называется деформация . Деформация задается как частичное изменение длины (при растягивающем напряжении), объема (при объемном напряжении) или геометрии (при напряжении сдвига). Следовательно, деформация — это безразмерное число. Деформация под действием растягивающего напряжения называется деформацией растяжения , деформация под объемным напряжением называется объемной деформацией (или объемной деформацией ), а деформация, вызванная напряжением сдвига, называется деформацией сдвига .

Чем больше напряжение, тем больше напряжение; однако связь между деформацией и напряжением не обязательно должна быть линейной. Только когда напряжение достаточно низкое, деформация, которую оно вызывает, прямо пропорциональна величине напряжения. Константа пропорциональности в этом отношении называется модулем упругости . В линейном пределе низких значений напряжения общее соотношение между напряжением и деформацией составляет

\ [напряжение = (упругость \; модуль) \ умноженная на деформацию \ ldotp \ label {12.33} \]

Как видно из анализа размеров этого соотношения, модуль упругости имеет ту же физическую единицу, что и напряжение, поскольку деформация безразмерна.

Из уравнения \ ref {12.33} также видно, что, когда объект характеризуется большим значением модуля упругости, влияние напряжения невелико. С другой стороны, небольшой модуль упругости означает, что напряжение вызывает большую деформацию и заметную деформацию. Например, напряжение на резиновой ленте вызывает большую деформацию (деформацию), чем такое же напряжение на стальной ленте тех же размеров, потому что модуль упругости резины на два порядка меньше модуля упругости стали.

Модуль упругости при растяжении называется модулем Юнга ; модуль объемного сжатия называется модулем объемного сжатия ; модуль сдвига называется модулем сдвига . Обратите внимание, что связь между напряжением и деформацией — это наблюдаемая зависимость, измеренная в лаборатории. Модули упругости для различных материалов измеряются при различных физических условиях, таких как изменяющаяся температура, и собираются в таблицах технических данных для справки (Таблица \ (\ PageIndex {1} \)).Эти таблицы являются ценными справочными материалами для промышленности и для всех, кто занимается проектированием или строительством. В следующем разделе мы обсудим отношения между деформацией и напряжением за пределами линейного предела, представленного уравнением \ ref {12.33}, в полном диапазоне значений напряжения до точки разрушения. В оставшейся части этого раздела мы изучаем линейный предел, выражаемый уравнением \ ref {12.33}.

Таблица \ (\ PageIndex {1} \): Приблизительные модули упругости для выбранных материалов
Материал Модуль Юнга × 10 10 Па Модуль объемной упругости × 10 10 Па Модуль сдвига × 10 10 Па
Алюминий 7.0 7,5 2,5
Кость (напряжение) 1,6 0,8 8,0
Кость (компрессия) 0,9
Латунь 9,0 6,0 3,5
Кирпич 1.5
Бетон 2,0
Медь 11,0 14,0 4,4
Коронное стекло 6,0 5,0 2,5
Гранит 4.5 4,5 2,0
Волосы (человеческие) 1,0
Твердая древесина 1,5 1,0
Утюг 21,0 16,0 7,7
Свинец 1.6 4,1 0,6
Мрамор 6,0 7,0 2,0
Никель 21,0 17,0 7,8
полистирол 3,0
шелк 6.0
Паутинка 3,0
Сталь 20,0 16,0 7,5
Ацетон 0,07
Этанол 0.09
Глицерин 0,45
Меркурий 2,5
Вода 0,22

Растягивающее или сжимающее напряжение, деформация и модуль Юнга

Напряжение или сжатие возникает, когда две антипараллельные силы равной величины действуют на объект только в одном из его измерений таким образом, что объект не перемещается.Один из способов представить себе такую ​​ситуацию показан на рисунке \ (\ PageIndex {1} \). Сегмент стержня либо растягивается, либо сжимается парой сил, действующих по его длине и перпендикулярно его поперечному сечению. Чистый эффект таких сил состоит в том, что стержень изменяет свою длину с исходной длины L 0 , которая была у него до появления сил, на новую длину L, которую он имеет под действием сил. Это изменение длины \ (\ Delta \) L = L — L 0 может быть либо удлинением (когда \ (L \) больше исходной длины \ (L_o \)), либо сжатием (когда L меньше, чем исходная длина L 0 ).Напряжение растяжения и деформация возникают, когда силы растягивают объект, вызывая его удлинение, а изменение длины \ (\ Delta L \) положительное. Напряжение сжатия и деформация возникают, когда силы сжимают объект, вызывая его сокращение, а изменение длины \ (\ Delta L \) отрицательно.

В любой из этих ситуаций мы определяем напряжение как отношение деформирующей силы \ (F _ {\ perp} \) к площади поперечного сечения A деформируемого объекта. Символ F \ (\ perp \) , который мы оставляем за деформирующей силой, означает, что эта сила действует перпендикулярно поперечному сечению объекта.Силы, действующие параллельно поперечному сечению, не изменяют длину объекта. Определение растягивающего напряжения —

\ [растяжение \; стресс = \ frac {F _ {\ perp}} {A} \ ldotp \ label {12.34} \]

Деформация растяжения — это мера деформации объекта при растягивающем напряжении и определяется как частичное изменение длины объекта, когда объект испытывает растягивающее напряжение.

\ [растяжение \; деформация = \ frac {\ Delta L} {L_ {0}} \ ldotp \ label {12.35} \]

Напряжение сжатия и деформация определяются по одним и тем же формулам, Equations \ ref {12.34} и \ ref {12.35} соответственно. Единственное отличие от ситуации с растяжением состоит в том, что для сжимающего напряжения и деформации мы берем абсолютные значения правых частей в уравнениях \ ref {12.34} и \ ref {12.35}.

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): Когда объект находится в состоянии растяжения или сжатия, результирующая сила, действующая на него, равна нулю, но объект деформируется, изменяя свою исходную длину L 0 . (a) Натяжение: стержень удлинен на \ (\ Delta \) L. (b) Сжатие: стержень сжимается на \ (\ Delta \) L.В обоих случаях деформирующая сила действует по длине стержня и перпендикулярно его поперечному сечению. В линейном диапазоне малых напряжений площадь поперечного сечения стержня не изменяется.

Модуль Юнга \ (Y \) — это модуль упругости, когда деформация вызвана либо растягивающим, либо сжимающим напряжением, и определяется уравнением \ ref {12.33}. Разделив это уравнение на деформацию растяжения, мы получим выражение для модуля Юнга:

\ [Y = \ frac {растяжение \; напряжение} {растяжение \; деформация} = \ frac {\ frac {F _ {\ perp}} {A}} {\ frac {\ Delta L} {L_ {0}}} = \ frac {F _ {\ perp}} {A} = \ frac {L_ {0}} {\ Delta L} \ ldotp \ label {12.36} \]

Пример \ (\ PageIndex {1} \): напряжение сжатия в опоре

Скульптура весом 10 000 Н покоится на горизонтальной поверхности на вершине вертикального столба высотой 6,0 м. Рисунок \ (\ PageIndex {1} \). Площадь поперечного сечения столба 0,20 м 2 , он выполнен из гранита с удельной массой 2700 кг / м 3 . Найдите сжимающее напряжение в поперечном сечении, расположенном на 3,0 м ниже верха столба, и значение сжимающей деформации верха 3.0-м отрезок столба.

Рисунок \ (\ PageIndex {2} \): Колонна Нельсона на Трафальгарской площади, Лондон, Англия. (кредит: модификация работы Кристиана Бортеса)

Стратегия

Сначала определим вес верхней части столба длиной 3,0 м. Нормальная сила, действующая на поперечное сечение, расположенное на 3,0 м ниже вершины, складывается из веса столба и веса скульптуры. Когда у нас есть нормальная сила, мы используем уравнение 12.34, чтобы найти напряжение. Чтобы найти деформацию сжатия, мы находим значение модуля Юнга для гранита в таблице \ (\ PageIndex {1} \) и инвертируем уравнение \ ref {12.{-6} \ ldotp \]

Значение

Обратите внимание, что нормальная сила, действующая на площадь поперечного сечения колонны, не постоянна по ее длине, а изменяется от наименьшего значения вверху до наибольшего значения внизу колонны. Таким образом, если опора имеет равномерную площадь поперечного сечения по всей длине, наибольшее напряжение у ее основания.

Упражнение \ (\ PageIndex {2} \)

Найдите сжимающее напряжение и деформацию в основании колонны Нельсона.

Пример \ (\ PageIndex {2} \): растягивание стержня

Стальной стержень длиной 2,0 м и площадью поперечного сечения 0,30 см 2 . Штанга является частью вертикальной опоры, которая удерживает тяжелую 550-килограммовую платформу, которая подвешена к нижнему концу штанги. Пренебрегая весом стержня, каково растягивающее напряжение стержня и удлинение стержня под действием напряжения?

Стратегия

Сначала мы вычисляем растягивающее напряжение в стержне под весом платформы в соответствии с уравнением 12.{-3} \; m = 1,8 \; мм \ ldotp \ end {split} \]

Значение

Как и в примере с колонной, растягивающее напряжение в этом примере неоднородно по длине стержня. Однако, в отличие от предыдущего примера, если принять во внимание вес штанги, напряжение в штанге будет наибольшим в верхней части и наименьшим в нижней части штанги, к которой прикреплено оборудование.

Упражнение \ (\ PageIndex {2} \)

Трос длиной 2,0 м тянется 1.0 мм при нагрузке. Какова деформация растяжения в проволоке?

Объекты часто могут одновременно испытывать и сжимающее, и растягивающее напряжение. Рис. \ (\ PageIndex {3} \). Один из примеров — длинная полка, загруженная тяжелыми книгами, которая провисает между концевыми опорами под весом книг. Верхняя поверхность полки испытывает напряжение сжатия, а нижняя поверхность полки — растягивающее напряжение. Точно так же длинные и тяжелые балки провисают под собственным весом. В современном строительстве такие деформации изгиба можно практически исключить с помощью двутавровых балок Рисунок \ (\ PageIndex {4} \).

Рисунок \ (\ PageIndex {3} \): (a) Объект, изгибающийся вниз, испытывает растягивающее напряжение (растяжение) в верхней части и сжимающее напряжение (сжатие) в нижней части. (б) Элитные тяжелоатлеты часто временно сгибают железные прутья во время подъема, как на Олимпийских играх 2012 года. (кредит b: модификация работы Александра Кочерженко) Рисунок \ (\ PageIndex {4} \): Стальные двутавровые балки используются в строительстве для снижения деформаций изгиба. (Источник: модификация работы «Инженерный корпус армии США в Европе» / Flickr)

Симуляторы

Тяжелый ящик стоит на столе, поддерживаемом тремя столбцами.Просмотрите эту демонстрацию, чтобы переместить коробку, чтобы увидеть, как изменяется сжатие (или растяжение) в столбцах, когда коробка меняет свое положение.

Авторы и авторство

  • Сэмюэл Дж. Линг (Государственный университет Трумэна), Джефф Санни (Университет Лойола Мэримаунт) и Билл Мобс со многими авторами. Эта работа лицензирована OpenStax University Physics в соответствии с лицензией Creative Commons Attribution License (4.0).

Напряжение — Типы напряжения, определение и формула

Для расчета напряжения используется приведенная ниже формула:

Напряжение = сила / площадь поперечного сечения

σ = F / A

Где,

σ = Напряжение

F = Сила в Ньютонах (Н)

A = Площадь поперечного сечения в м²

Единицы напряжения = Н / м² или Паскали (Па)

Типы напряжения:

Существуют различные типы стресса в физике, но в основном его можно разделить на три формы:

1.Нормальное напряжение

2. Касательное напряжение или напряжение сдвига

3. Гидравлическое напряжение

Нормальное напряжение:

Напряжение, возникающее при нагрузке на элемент осевой силой, называется нормальной силой. Другими словами, когда прикладываемое напряжение перпендикулярно телу. При изменении длины тела объем объекта напряжения будет нормальным. Он представляет собой символ σ. Единица измерения нормального напряжения в системе СИ — МПа.

Формула ниже используется для расчета нормального напряжения:

Нормальное напряжение = осевое усилие / площадь поперечного сечения

σ = P / A

Нормальное напряжение возникает, когда объект помещены в растяжение или сжатие.

Продольное напряжение:

Когда длина тела изменяется под действием нормального напряжения, которое применяется, это называется продольным напряжением.

Продольное напряжение = Деформирующая сила / Площадь поперечного сечения

Продольное напряжение = F / A

Продольное напряжение можно разделить на две категории. Растягивающее напряжение можно наблюдать, когда стержень растягивается согласно третьему закону движения Ньютона.Растягиваемая резинка — типичный пример растягивающего напряжения. Противоположным натяжению является сжатие, когда оно воздействует на стержень, который толкается противоположными или равными силами на его концах. Если вы когда-либо сжимали в руках резиновый мяч, вы создавали сжимающее напряжение.

Объемное напряжение или объемное напряжение:

Объемное напряжение — это напряжение, при котором объем тела изменяется из-за напряжения. Нормальная нагрузка на тело вызывает изменение длины или объема, а касательное напряжение вызывает изменение формы тела, что называется объемным напряжением.Тело, которое находится под силой давления p, при погружении в жидкость, тело противостоит силе, перпендикулярной поверхности тела.

Объемное напряжение = Сила / Площадь = Давление

Напряжение сдвига:

Напряжение сдвига — это сила, приложенная по касательной к площади поверхности плоскости. Когда силы, прикладываемые к поверхности, параллельны ей, и напряжение, действующее на поверхность, также строится по касательной. Этот вид стресса известен как напряжение сдвига.

Распределенное напряжение = Сила / Площадь поверхности = F / A

Растягивающее напряжение:

Сила на единицу площади определяется как растягивающее напряжение. Если приложено напряжение, длина тела увеличивается из-за силы. Напряжение растяжения наблюдается, когда стержень растягивается по третьему закону движения. Резина — распространенный пример растягивающего напряжения. Это количество, связанное с растяжением. Обозначается он σ.

Напряжение сжатия:

Когда мы прикладываем тангенциальную силу к телу, форма и объем тела изменяются.Когда приложено напряжение сжатия, длина тела уменьшается. Напряжение сжатия противоположно напряжению растяжения. Если вы когда-нибудь сжимали в руке пищащую игрушку домашнего животного, вы создаете сжимающую нагрузку на тело.

Касательное напряжение:

Когда мы выражаем силу на единицу площади, это нормальное напряжение и касательное напряжение соответственно. Когда две равные и противоположные деформирующие силы прикладываются параллельно площади поперечного сечения объекта, возникает относительное смещение между противоположными гранями тела, и восстанавливающая сила на единицу площади, развиваемая из-за приложенной тангенциальной силы, называется тангенциальной. стресс.

Гидравлическое напряжение:

Гидравлическое напряжение — это мера внутренней силы на единицу площади, действующей на жидкости. Гидравлическое напряжение — это восстанавливающая сила на единицу площади, когда сила прикладывается жидкостью к телу. Напряжение физически не то же самое, что давление, потому что в давлении учитывается внешняя сила на единицу площади, а в напряжении — это внутренняя сила на единицу площади. В случае жидкостей гидравлическое напряжение определяется таким же образом.

Радиальное напряжение:

Радиальное напряжение указано для толстостенного цилиндра, которое равно манометрическому давлению на внутренней поверхности и равно нулю на внешней поверхности и противоположно ему.Окружное напряжение и продольное напряжение больше, чем радиальное напряжение, поэтому радиальным напряжением пренебрегают.

Напряжение — это физическая величина, определяющая внутреннюю силу. Напряжение определяется как сила, действующая через «маленькую» границу на единицу площади этой границы. Напряжение — это фундаментальная величина, такая как скорость, крутящий момент (энергия).

Один вопрос, который приходит в голову, что вы можете подчеркнуть, а что нет. Вы, должно быть, заметили, что есть такие предметы, как резина, которые можно легко растянуть.Другими словами, мы можем объяснить это, когда к любому объекту прилагается растягивающая сила (сила растяжения). Он будет расширяться. Например, резинка легко растягивается. Сила растяжения, приложенная к резиновому объекту. Однако можно ли протянуть железный прут? Ответ — нет, потому что на железный стержень не действует сила натяжения.

Есть некоторые основные положения механики сплошной среды, напряжение — это макроскопическое понятие. Частицы, чтобы мыслить в своем описании и анализе, должны быть достаточно маленькими, чтобы работать как однородные в создании и состоянии, но все же большими, чтобы игнорировать квантовые эффекты и детальные движения молекул.Таким образом, сила между двумя частицами на самом деле является средним значением очень большого числа атомных сил между их молекулами; и в физическом выражении, таком как масса, скорость и силы, он действует через большую часть трехмерных тел, предполагается, что они плавно распределяются по ним.

Давайте обсудим это на примере. Возьмем резиновую трубу и железный стержень, возьмем другой объект квадратной формы, и второй объект висит на резиновой трубе и железном стержне. Подождите некоторое время, затем потяните оба объекта в первом объекте, вы увидите, что первый объект имеет силу растяжения, а другой объект не имеет силы растяжения.

Анализ напряжений — это часть прикладной физики, которая скрывает классификацию внутреннего распределения внутренних сил в твердых телах.

Исследование и проектирование таких конструкций, как плотины, несущие конструкции и туннели, механические детали, при предписанных или ожидаемых нагрузках — важная часть инженерного дела. Это также важно во многих других регламентациях; например, в геологии, чтобы изучить теорию тектоники плит, вулканизма и лавин; и в биологии, чтобы понять анатомию живых существ.

Напряжение и деформация — Физика в колледже, главы 1-17

Сводка

  • Закон штата Гука.
  • Объясните закон Гука, используя графическое представление между деформацией и приложенной силой.
  • Обсудите три типа деформаций, такие как изменение длины, сдвиг в сторону и изменение объема.
  • Опишите на примерах модуль Юнга, модуль сдвига и объемный модуль.
  • Определите изменение длины с учетом массы, длины и радиуса.

Теперь мы переходим от рассмотрения сил, влияющих на движение объекта (таких как трение и сопротивление), к тем, которые влияют на форму объекта. Если бульдозер втолкнет машину в стену, машина не сдвинется с места, но заметно изменит форму. Изменение формы из-за приложения силы — это деформация . Известно, что даже очень небольшие силы вызывают некоторую деформацию. При малых деформациях наблюдаются две важные характеристики. Во-первых, объект возвращается к своей исходной форме, когда сила снимается, то есть деформация является упругой для небольших деформаций.Во-вторых, размер деформации пропорционален силе, то есть для малых деформаций соблюдается закон Гука . В форме уравнения закон Гука имеет вид

.

[латекс] \ boldsymbol {F = k \ Delta {L},} [/ латекс]

где [латекс] \ boldsymbol {\ Delta {L}} [/ latex] — это величина деформации (например, изменение длины), вызванная силой [латекс] \ boldsymbol {F}, [/ latex] и [latex] \ boldsymbol {k} [/ latex] — это константа пропорциональности, которая зависит от формы и состава объекта, а также от направления силы.Обратите внимание, что эта сила является функцией деформации [латекс] \ boldsymbol {\ Delta {L}} [/ latex] — она ​​не постоянна, как кинетическая сила трения. Переставляем это на

[латекс] \ boldsymbol {\ Delta {L} \: =} [/ latex] [латекс] \ boldsymbol {\ frac {F} {k}} [/ латекс]

дает понять, что деформация пропорциональна приложенной силе. На рисунке 1 показано соотношение по закону Гука между удлинением [латекс] \ boldsymbol {\ Delta {L}} [/ latex] пружины или человеческой кости. Для металлов или пружин область прямой линии, к которой относится закон Гука, намного больше.Кости хрупкие, эластичная область небольшая, а перелом резкий. В конце концов, достаточно большое напряжение материала приведет к его разрушению или разрушению. Предел прочности на разрыв — это разрушающее напряжение, которое вызывает остаточную деформацию или разрушение материала.

ЗАКОН КРЮКА

[латекс] \ boldsymbol {F = k \ Delta {L},} [/ латекс]

где [латекс] \ boldsymbol {\ Delta {L}} [/ latex] — это величина деформации (например, изменение длины), вызванная силой [латекс] \ boldsymbol {F}, [/ latex] и [latex] \ boldsymbol {k} [/ latex] — это константа пропорциональности, которая зависит от формы и состава объекта, а также от направления силы.

[латекс] \ boldsymbol {\ Delta {L} \: =} [/ latex] [латекс] \ boldsymbol {\ frac {F} {k}} [/ латекс]

Рисунок 1. График деформации Δ L в зависимости от приложенной силы F . Прямой отрезок — это линейная область, в которой соблюдается закон Гука. Уклон прямого участка 1 / k . Для больших сил график изогнут, но деформация остается упругой — Δ L вернется к нулю, если сила будет устранена.Еще большие силы деформируют объект до тех пор, пока он не сломается. Форма кривой возле трещины зависит от нескольких факторов, в том числе от того, как прикладывается сила F . Обратите внимание, что на этом графике наклон увеличивается непосредственно перед трещиной, указывая на то, что небольшое увеличение F дает большое увеличение L рядом с трещиной.

Константа пропорциональности [латекс] \ boldsymbol {k} [/ latex] зависит от ряда факторов для материала.Например, гитарная струна из нейлона растягивается при затягивании, а удлинение [латекс] \ boldsymbol {\ Delta {L}} [/ latex] пропорционально приложенной силе (по крайней мере, для небольших деформаций). Более толстые нейлоновые и стальные струны меньше растягиваются при той же приложенной силе, что означает, что они имеют больший [латекс] \ boldsymbol {k} [/ latex] (см. Рисунок 2). Наконец, все три струны возвращаются к своей нормальной длине, когда сила снимается, при условии, что деформация мала. Большинство материалов будут вести себя таким образом, если деформация будет меньше примерно 0.3}. [/ Latex]

Рис. 2. Одна и та же сила, в данном случае груз ( w ), приложенная к трем различным гитарным струнам одинаковой длины, вызывает три различных деформации, показанные заштрихованными сегментами. Левая нить из тонкого нейлона, посередине — из более толстого нейлона, а правая — из стали.

НЕМНОГО РАСТЯНИТЕ СЕБЯ

Как бы вы измерили константу пропорциональности [latex] \ boldsymbol {k} [/ latex] резиновой ленты? Если резинка растянулась на 3 см, когда к ней была прикреплена 100-граммовая масса, то насколько она растянулась бы, если бы две одинаковые резинки были прикреплены к одной и той же массе — даже если соединить их параллельно или, наоборот, если связать вместе последовательно?

Теперь мы рассмотрим три конкретных типа деформаций: изменение длины (растяжение и сжатие), сдвиг в сторону (напряжение) и изменения объема.Все деформации считаются небольшими, если не указано иное.

Изменение длины [латекс] \ boldsymbol {\ Delta {L}} [/ latex] происходит, когда к проволоке или стержню прилагается сила, параллельная ее длине [латекс] \ boldsymbol {L_0}, [/ latex] либо растягивая (напряжение), либо сжимая. (См. Рисунок 3.)

Рисунок 3. (а) Напряжение. Стержень растягивается на длину Δ L , когда сила прилагается параллельно его длине. (б) Сжатие. Тот же стержень сжимается силами той же величины в противоположном направлении.Для очень малых деформаций и однородных материалов Δ L примерно одинаково для одинаковой величины растяжения или сжатия. При больших деформациях площадь поперечного сечения изменяется при сжатии или растяжении стержня.

Эксперименты показали, что изменение длины ([latex] \ boldsymbol {\ Delta {L}} [/ latex]) зависит только от нескольких переменных. Как уже отмечалось, [латекс] \ boldsymbol {\ Delta {L}} [/ latex] пропорционален силе [латекс] \ boldsymbol {F} [/ latex] и зависит от вещества, из которого сделан объект.Кроме того, изменение длины пропорционально исходной длине [латекс] \ boldsymbol {L_0} [/ latex] и обратно пропорционально площади поперечного сечения проволоки или стержня. Например, длинная гитарная струна растягивается больше, чем короткая, а толстая струна растягивается меньше, чем тонкая. Мы можем объединить все эти факторы в одно уравнение для [latex] \ boldsymbol {\ Delta {L}}: [/ latex]

[латекс] \ boldsymbol {\ Delta {L} \: =} [/ latex] [латекс] \ boldsymbol {\ frac {1} {Y} \ frac {F} {A}} [/ латекс] [латекс] \ boldsymbol {L_0}, [/ латекс]

где [latex] \ boldsymbol {\ Delta {L}} [/ latex] — это изменение длины, [latex] \ boldsymbol {F} [/ latex] — приложенная сила, [latex] \ boldsymbol {Y} [/ латекс] — это фактор, называемый модулем упругости или модулем Юнга, который зависит от вещества, [латекс] \ boldsymbol {A} [/ latex] — это площадь поперечного сечения, а [латекс] \ boldsymbol {L_0} [/ латекс] — исходная длина.2)} [/ латекс] Алюминий 70 25 75 Кость — растяжение 16 80 8 Кость — компрессионная 9 Латунь 90 35 75 Кирпич 15 Бетон 20 Стекло 70 20 30 Гранит 45 20 45 Волосы (человеческие) 10 Твердая древесина 15 10 Чугун литой 100 40 90 Свинец 16 5 50 Мрамор 60 20 70 Нейлон 5 полистирол 3 шелк 6 Паутинка 3 Сталь 210 80 130 Сухожилие 1 Ацетон 0.7 Этанол 0,9 Глицерин 4,5 Меркурий 25 Вода 2,2 Таблица 3. Модули упругости 1 .

Модули Юнга не указаны для жидкостей и газов в таблице 3, потому что они не могут быть растянуты или сжаты только в одном направлении.Обратите внимание, что предполагается, что объект не ускоряется, поэтому на самом деле существуют две приложенные силы величиной [латекс] \ boldsymbol {F} [/ латекс], действующие в противоположных направлениях. Например, струны на Рисунке 3 натягиваются вниз силой величиной [латекс] \ boldsymbol {w} [/ latex] и удерживаются за потолок, что также оказывает силу величиной [латекс] \ boldsymbol {w }. [/ latex]

Пример 1: Растяжение длинного кабеля

Подвесные тросы используются для перевозки гондол на горнолыжных курортах.2}) (3020 \ textbf {m})} [/ latex]

[латекс] \ boldsymbol {= 18 \ textbf {m}}. [/ Latex]

Обсуждение

Это довольно большое растяжение, но только около 0,6% от длины без опоры. В этих условиях влияние температуры на длину может быть важным.

Кости в целом не ломаются от растяжения или сжатия. Скорее они обычно ломаются из-за бокового удара или изгиба, что приводит к срезанию или разрыву кости. Поведение костей при растяжении и сжатии важно, потому что оно определяет нагрузку, которую кости могут нести.Кости классифицируются как несущие конструкции, такие как колонны в зданиях и деревья. Несущие конструкции обладают особенностями; колонны в здании имеют стальные арматурные стержни, а деревья и кости — волокнистые. Кости в разных частях тела выполняют разные структурные функции и подвержены разным нагрузкам. Таким образом, кость в верхней части бедренной кости расположена в виде тонких пластин, разделенных костным мозгом, в то время как в других местах кости могут быть цилиндрическими и заполненными костным мозгом или просто твердыми.Люди с избыточным весом имеют тенденцию к повреждению костей из-за длительного сжатия костных суставов и сухожилий.

Другой биологический пример закона Гука встречается в сухожилиях. Функционально сухожилие (ткань, соединяющая мышцу с костью) должно сначала легко растягиваться при приложении силы, но обеспечивать гораздо большую восстанавливающую силу для большего напряжения. На рисунке 5 показана зависимость напряжения от деформации человеческого сухожилия. Некоторые сухожилия имеют высокое содержание коллагена, поэтому деформация или изменение длины относительно невелико; другие, например, опорные сухожилия (например, в ноге), могут изменять длину до 10%.Обратите внимание, что эта кривая напряжения-деформации является нелинейной, поскольку наклон линии изменяется в разных областях. В первой части растяжения, называемой областью пальца, волокна сухожилия начинают выравниваться в направлении напряжения — это называется , распрямление, . В линейной области фибриллы будут растянуты, а в области разрушения отдельные волокна начнут разрываться. Простую модель этой взаимосвязи можно проиллюстрировать параллельными пружинами: разные пружины активируются при разной длине растяжения.Примеры этого приведены в задачах в конце этой главы. Связки (ткань, соединяющая кость с костью) ведут себя аналогичным образом.

Рис. 5. Типичная кривая «напряжение-деформация» для сухожилия млекопитающих. Показаны три области: (1) область пальца ноги (2) линейная область и (3) область разрушения.

В отличие от костей и сухожилий, которые должны быть прочными и эластичными, артерии и легкие должны быть легко растяжимыми. Эластичные свойства артерий важны для кровотока. Когда кровь выкачивается из сердца, давление в артериях увеличивается, и стенки артерий растягиваются.Когда аортальный клапан закрывается, давление в артериях падает, и артериальные стенки расслабляются, чтобы поддерживать кровоток. Когда вы чувствуете свой пульс, вы чувствуете именно это — эластичное поведение артерий, когда кровь хлынет через каждый насос сердца. Если бы артерии были жесткими, вы бы не почувствовали пульс. Сердце также является органом с особыми эластичными свойствами. Легкие расширяются за счет мышечного усилия, когда мы вдыхаем, но расслабляемся свободно и эластично, когда мы выдыхаем. Наша кожа особенно эластична, особенно для молодых.Молодой человек может подняться от 100 кг до 60 кг без видимого провисания кожи. С возрастом снижается эластичность всех органов. Постепенное физиологическое старение за счет снижения эластичности начинается в начале 20-х годов.

Пример 2: Расчет деформации: насколько укорачивается ваша нога, когда вы стоите на ней?

Вычислите изменение длины кости верхней части ноги (бедренной кости), когда мужчина весом 70,0 кг поддерживает на ней 62,0 кг своей массы, предполагая, что кость эквивалентна стержню, равному 40.{-5} \ textbf {m}}. [/ Latex]

Обсуждение

Это небольшое изменение длины кажется разумным, поскольку мы знаем, что кости жесткие. Фактически, даже довольно большие силы, возникающие при напряженных физических нагрузках, не сжимают и не сгибают кости в значительной степени. Хотя кость более жесткая по сравнению с жиром или мышцами, некоторые из веществ, перечисленных в таблице 3, имеют более высокие значения модуля Юнга [латекс] \ boldsymbol {Y}. [/ Latex] Другими словами, они более жесткие.2} [/ latex]), а отношение изменения длины к длине, [latex] \ boldsymbol {\ frac {\ Delta {L}} {L_0}}, [/ latex] определяется как деформация ( безразмерное количество). Другими словами,

[латекс] \ boldsymbol {\ textbf {stress} = Y \ times \ textbf {stretch}}. [/ Latex]

В этой форме уравнение аналогично закону Гука с напряжением, аналогичным силе, и деформацией, аналогичной деформации. Если снова переписать это уравнение к виду

[латекс] \ boldsymbol {F = YA} [/ latex] [латекс] \ boldsymbol {\ frac {\ Delta {L}} {L_0}}, [/ latex]

мы видим, что он совпадает с законом Гука с константой пропорциональности

[латекс] \ boldsymbol {k \: =} [/ latex] [латекс] \ boldsymbol {\ frac {YA} {L_0}}.[/ латекс]

Эта общая идея о том, что сила и вызываемая ею деформация пропорциональны небольшим деформациям, применима к изменениям длины, боковому изгибу и изменениям объема.

СТРЕСС

Отношение силы к площади, [латекс] \ boldsymbol {\ frac {F} {A}}, [/ latex] определяется как напряжение, измеренное в Н / м 2 .

ШТАМ

Отношение изменения длины к длине, [латекс] \ boldsymbol {\ frac {\ Delta {L}} {L_0}}, [/ latex] определяется как деформация (безразмерная величина).Другими словами,

[латекс] \ boldsymbol {\ textbf {stress} = Y \ times \ textbf {stretch}}. [/ Latex]

На рисунке 6 показано, что подразумевается под боковым напряжением или срезающей силой . Здесь деформация называется [латекс] \ boldsymbol {\ Delta {x}} [/ latex], и она перпендикулярна [латексу] \ boldsymbol {L_0}, [/ latex], а не параллельна, как при растяжении и сжатии. Деформация сдвига аналогична растяжению и сжатию и может быть описана аналогичными уравнениями. Выражение для деформации сдвига

[латекс] \ boldsymbol {\ Delta {x} \: =} [/ latex] [латекс] \ boldsymbol {\ frac {1} {S} \ frac {F} {A}} [/ латекс] [латекс] \ boldsymbol {L_0}, [/ латекс]

где [латекс] \ boldsymbol {S} [/ latex] — это модуль сдвига (см. Таблицу 3), а [латекс] \ boldsymbol {F} [/ latex] — сила, приложенная перпендикулярно к [латексу] \ boldsymbol {L_0} [/ latex] и параллельно площади поперечного сечения [латекс] \ boldsymbol {A}.[/ latex] Опять же, чтобы объект не ускорялся, на самом деле есть две равные и противоположные силы [latex] \ boldsymbol {F} [/ latex], приложенные к противоположным граням, как показано на рисунке 6. Уравнение логично — для Например, длинный тонкий карандаш (маленький [латекс] \ boldsymbol {A} [/ latex]) легче согнуть, чем короткий толстый, и оба гнутся легче, чем аналогичные стальные стержни (большие [латекс] \ boldsymbol { S} [/ latex]).

ДЕФОРМАЦИЯ СДВИГА

[латекс] \ boldsymbol {\ Delta {x} \: =} [/ latex] [латекс] \ boldsymbol {\ frac {1} {S} \ frac {F} {A}} [/ латекс] [латекс] \ boldsymbol {L_0}, [/ латекс]

где [латекс] \ boldsymbol {S} [/ latex] — это модуль сдвига, а [latex] \ boldsymbol {F} [/ latex] — это сила, приложенная перпендикулярно к [латексу] \ boldsymbol {L_0} [/ latex] и параллельно площади поперечного сечения [латекс] \ boldsymbol {A}.[/ латекс]

Рисунок 6. Сила сдвига прикладывается перпендикулярно длине L 0 и параллельно области A , создавая деформацию Δx . Вертикальные силы не показаны, но следует иметь в виду, что в дополнение к двум силам сдвига, F , должны существовать поддерживающие силы, чтобы объект не вращался. Искажающие эффекты этих поддерживающих сил игнорируются при этом лечении.Вес объекта также не показан, поскольку он обычно незначителен по сравнению с силами, достаточно большими, чтобы вызвать значительные деформации.

Исследование модулей сдвига в таблице 3 выявляет некоторые характерные закономерности. Например, для большинства материалов модули сдвига меньше модулей Юнга. Кость — замечательное исключение. Его модуль сдвига не только больше, чем модуль Юнга, но и такой же, как у стали. Вот почему кости такие жесткие.

Позвоночный столб (состоящий из 26 позвоночных сегментов, разделенных дисками) обеспечивает основную опору для головы и верхней части тела.Позвоночник имеет нормальную кривизну для стабильности, но эту кривизну можно увеличить, что приведет к увеличению силы сдвига на нижние позвонки. Диски лучше выдерживают силы сжатия, чем силы сдвига. Поскольку позвоночник не является вертикальным, вес верхней части тела влияет на обе части. Беременным женщинам и людям с избыточным весом (с большим животом) необходимо отвести плечи назад, чтобы поддерживать равновесие, тем самым увеличивая искривление позвоночника и тем самым увеличивая сдвигающий компонент напряжения.Увеличенный угол из-за большей кривизны увеличивает поперечные силы вдоль плоскости. Эти более высокие усилия сдвига увеличивают риск травмы спины из-за разрыва дисков. Пояснично-крестцовый диск (клиновидный диск под последними позвонками) особенно подвержен риску из-за своего расположения.

Модули сдвига для бетона и кирпича очень малы; они слишком изменчивы, чтобы их можно было перечислить. Бетон, используемый в зданиях, может выдерживать сжатие, как в колоннах и арках, но очень плохо противостоит сдвигу, который может возникнуть в сильно нагруженных полах или во время землетрясений.Современные конструкции стали возможны благодаря использованию стали и железобетона. Практически по определению жидкости и газы имеют модуль сдвига, близкий к нулю, потому что они текут в ответ на силы сдвига.

Пример 3: Расчет силы, необходимой для деформации: гвоздь не сильно изгибается под нагрузкой

Найдите массу картины, висящей на стальном гвозде, как показано на рисунке 7, учитывая, что гвоздь изгибается только [латекс] \ boldsymbol {1.80 \: \ mu \ textbf {m}}. [/ Latex] (Предположим, что сдвиг модуль известен с двумя значащими цифрами.)

Рис. 7. Гвоздь, вид сбоку, на котором висит изображение. Гвоздь очень слабо прогибается (показанный намного больше, чем на самом деле) из-за срезающего воздействия поддерживаемого веса. Также показано направленное вверх усилие стенки на гвоздь, иллюстрирующее равные и противоположные силы, приложенные к противоположным поперечным сечениям гвоздя. См. Пример 3 для расчета массы изображения.

Стратегия

Сила [латекс] \ boldsymbol {F} [/ latex] на гвоздь (без учета собственного веса гвоздя) — это вес изображения [латекса] \ boldsymbol {w}.[/ latex] Если мы сможем найти [латекс] \ boldsymbol {w}, [/ latex], тогда масса изображения будет просто [латекс] \ boldsymbol {wg}. [/ latex] Уравнение [латекс] \ boldsymbol { \ Delta {x} = \ frac {1} {S} \ frac {F} {A} L_0} [/ latex] может быть решено для [латекса] \ boldsymbol {F}. [/ Latex]

Решение

Решение уравнения [латекс] \ boldsymbol {\ Delta {x} = \ frac {1} {S} \ frac {F} {A} L_0} [/ latex] для [латекса] \ boldsymbol {F}, [/ латекс] видим, что все остальные количества можно найти:

[латекс] \ boldsymbol {F \: =} [/ latex] [латекс] \ boldsymbol {\ frac {SA} {L_0}} [/ latex] [латекс] \ boldsymbol {\ Delta {x}}.{-6} \ textbf {m})} [/ latex] [latex] \ boldsymbol {= \: 51 \ textbf {N}}. [/ Latex]

Эта сила 51 Н составляет вес [латекс] \ boldsymbol {w} [/ latex] изображения, поэтому масса изображения составляет

[латекс] \ boldsymbol {m \: =} [/ latex] [латекс] \ boldsymbol {\ frac {w} {g}} [/ latex] [латекс] \ boldsymbol {=} [/ latex] [латекс] \ boldsymbol {\ frac {F} {g}} [/ latex] [латекс] \ boldsymbol {= \: 5.2 \ textbf {kg}}. [/ latex]

Обсуждение

Это довольно массивное изображение, и впечатляет то, что ноготь прогибается только [латекс] \ boldsymbol {1.80 \: \ mu \ textbf {m}} [/ latex] — количество, не обнаруживаемое невооруженным глазом.

Объект будет сжиматься во всех направлениях, если внутренние силы приложены равномерно ко всем его поверхностям, как показано на рисунке 8. Сжимать газы относительно легко, а жидкости и твердые тела — чрезвычайно сложно. Например, воздух в винной бутылке сжимается, когда она закупорена. Но если вы попытаетесь закупорить бутылку с полными краями, вы не сможете сжать вино — некоторые из них необходимо удалить, чтобы вставить пробку. Причина такой разной сжимаемости заключается в том, что атомы и молекулы разделены большими пустыми пространствами в газах, но плотно упакованы в жидкостях и твердых телах.Чтобы сжать газ, вы должны сблизить его атомы и молекулы. Чтобы сжать жидкости и твердые тела, вы должны действительно сжать их атомы и молекулы, и очень сильные электромагнитные силы в них препятствуют этому сжатию .

Рис. 8. Внутренняя сила, действующая на все поверхности, сжимает этот куб. Его изменение в объеме пропорционально силе на единицу площади и его первоначальному объему и связано со сжимаемостью вещества.

Мы можем описать сжатие или объемную деформацию объекта уравнением.Во-первых, отметим, что сила, «приложенная равномерно», определяется как имеющая одинаковое напряжение или отношение силы к площади [латекс] \ boldsymbol {\ frac {F} {A}} [/ latex] на всех поверхностях. Произведенная деформация представляет собой изменение объема [латекс] \ boldsymbol {\ Delta {V}}, [/ латекс], которое, как было обнаружено, ведет себя очень похоже на сдвиг, растяжение и сжатие, описанные ранее. (Это неудивительно, поскольку сжатие всего объекта эквивалентно сжатию каждого из его трех измерений.) Связь изменения объема с другими физическими величинами определяется соотношением

.

[латекс] \ boldsymbol {\ Delta {V} \: =} [/ latex] [латекс] \ boldsymbol {\ frac {1} {B} \ frac {F} {A}} [/ латекс] [латекс] \ boldsymbol {V_0}, [/ латекс]

где [latex] \ boldsymbol {B} [/ latex] — это модуль объемной упругости (см. Таблицу 3), [latex] \ boldsymbol {V_0} [/ latex] — исходный объем, а [latex] \ boldsymbol {\ frac {F} {A}} [/ latex] — это сила на единицу площади, равномерно приложенная внутрь ко всем поверхностям.Обратите внимание, что объемные модули для газов не приводятся.

Какие есть примеры объемного сжатия твердых тел и жидкостей? Одним из практических примеров является производство алмазов промышленного качества путем сжатия углерода с чрезвычайно большой силой на единицу площади. Атомы углерода перестраивают свою кристаллическую структуру в более плотно упакованный узор алмазов. В природе аналогичный процесс происходит глубоко под землей, где чрезвычайно большие силы возникают из-за веса вышележащего материала. Еще один естественный источник больших сжимающих сил — давление, создаваемое весом воды, особенно в глубоких частях океанов.Вода оказывает внутреннее воздействие на все поверхности погружаемого объекта и даже на саму воду. На больших глубинах вода ощутимо сжата, как показано в следующем примере.

Пример 4: Расчет изменения объема с деформацией: насколько вода сжимается на глубинах Великого океана?

Рассчитайте частичное уменьшение объема ([латекс] \ boldsymbol {\ frac {\ Delta {V}} {V_0}} [/ latex]) для морской воды на глубине 5,00 км, где сила на единицу площади равна [латекс] \ жирный символ {5.2}. [/ Latex]

Стратегия

Уравнение [латекс] \ boldsymbol {\ Delta {V} = \ frac {1} {B} \ frac {F} {A} V_0} [/ latex] является правильным физическим соотношением. Все величины в уравнении, кроме [латекс] \ boldsymbol {\ frac {\ Delta {V}} {V_0}} [/ latex], известны.

Решение

Решение неизвестного [латекса] \ boldsymbol {\ frac {\ Delta {V}} {V_0}} [/ latex] дает

[латекс] \ boldsymbol {\ frac {\ Delta {V}} {V_0}} [/ latex] [latex] \ boldsymbol {=} [/ latex] [латекс] \ boldsymbol {\ frac {1} {B} \ frac {F} {A}}.2}} [/ latex]

[латекс] \ boldsymbol {= 0,023 = 2,3 \%}. [/ Латекс]

Обсуждение

Хотя это можно измерить, это не является значительным уменьшением объема, учитывая, что сила на единицу площади составляет около 500 атмосфер (1 миллион фунтов на квадратный фут). Жидкости и твердые вещества чрезвычайно трудно сжимать.

И наоборот, очень большие силы создаются жидкостями и твердыми телами, когда они пытаются расшириться, но не могут этого сделать, что эквивалентно их сжатию до меньшего, чем их нормальный объем.Это часто происходит, когда содержащийся в нем материал нагревается, поскольку большинство материалов расширяются при повышении их температуры. Если материалы сильно стеснены, они деформируют или ломают свой контейнер. Другой очень распространенный пример — замерзание воды. Вода, в отличие от большинства материалов, расширяется при замерзании, и она может легко сломать валун, разорвать биологическую клетку или сломать блок двигателя, который встанет у нее на пути.

Другие типы деформаций, такие как кручение или скручивание, ведут себя аналогично рассмотренным здесь деформациям растяжения, сдвига и объемной деформации.

  • Закон Гука дан

    [латекс] \ boldsymbol {F = k \ Delta {L}}, [/ латекс]

    где [latex] \ boldsymbol {\ Delta {L}} [/ latex] — это степень деформации (изменение длины), [latex] \ boldsymbol {F} [/ latex] — это приложенная сила, а [latex ] \ boldsymbol {k} [/ latex] — это константа пропорциональности, которая зависит от формы и состава объекта, а также от направления силы. Соотношение между деформацией и приложенной силой также можно записать как

    [латекс] \ boldsymbol {\ Delta {L} \: =} [/ latex] [латекс] \ boldsymbol {\ frac {1} {Y} \ frac {F} {A}} [/ латекс] [латекс] \ boldsymbol {L_0}, [/ латекс]

    где [latex] \ boldsymbol {Y} [/ latex] — это модуль Юнга , который зависит от вещества, [latex] \ boldsymbol {A} [/ latex] — это площадь поперечного сечения, а [latex] \ boldsymbol {L_0} [/ latex] — исходная длина.

  • Отношение силы к площади, [латекс] \ boldsymbol {\ frac {F} {A}}, [/ latex] определяется как напряжение , измеренное в Н / м 2 .
  • Отношение изменения длины к длине, [латекс] \ boldsymbol {\ frac {\ Delta {L}} {L_0}}, [/ latex] определяется как деформация (безразмерная величина). Другими словами,

    [латекс] \ boldsymbol {\ textbf {stress} = Y \ times \ textbf {stretch}}. [/ Latex]

  • Выражение деформации сдвига:

    [латекс] \ boldsymbol {\ Delta {x} \: =} [/ latex] [латекс] \ boldsymbol {\ frac {1} {S} \ frac {F} {A}} [/ латекс] [латекс] \ boldsymbol {L_0}, [/ латекс]

    где [латекс] \ boldsymbol {S} [/ latex] — это модуль сдвига, а [latex] \ boldsymbol {F} [/ latex] — это сила, приложенная перпендикулярно к [латексу] \ boldsymbol {L_0} [/ latex] и параллельно площади поперечного сечения [латекс] \ boldsymbol {A}.[/ латекс]

  • Отношение изменения объема к другим физическим величинам определяется выражением

    [латекс] \ boldsymbol {\ Delta {V} \: =} [/ latex] [латекс] \ boldsymbol {\ frac {1} {B} \ frac {F} {A}} [/ латекс] [латекс] \ boldsymbol {V_0}, [/ латекс]

    где [латекс] \ boldsymbol {B} [/ latex] — это объемный модуль, [latex] \ boldsymbol {V_0} [/ latex] — исходный объем, а [latex] \ boldsymbol {\ frac {F} {A }} [/ latex] — это сила на единицу площади, равномерно приложенная внутрь ко всем поверхностям.

Концептуальные вопросы

1: Эластичные свойства артерий важны для кровотока.Объясните важность этого с точки зрения характеристик кровотока (пульсирующего или непрерывного).

2: Что вы чувствуете, когда прощупываете пульс? Измерьте частоту пульса в течение 10 секунд и 1 минуты. Есть ли разница в 6 раз?

3: Изучите различные типы обуви, включая спортивную обувь и стринги. С точки зрения физики, почему нижние поверхности устроены именно так? Какие различия будут иметь для этих поверхностей сухие и влажные условия?

4: Ожидаете ли вы, что ваш рост будет отличаться в зависимости от времени суток? Почему или почему нет?

5: Почему белка может прыгнуть с ветки дерева на землю и убежать невредимой, а человек может сломать кость при таком падении?

6: Объясните, почему беременные женщины часто страдают растяжением спины на поздних сроках беременности.

7: Уловка старого плотника, позволяющая удерживать гвозди от сгибания, когда они забиваются в твердый материал, заключается в том, чтобы крепко удерживать центр гвоздя плоскогубцами. Почему это помогает?

8: Когда стеклянная бутылка, полная уксуса, нагревается, и уксус, и стакан расширяются, но уксус расширяется значительно больше с температурой, чем стекло. Бутылка разобьется, если наполнить ее до плотно закрытой крышки. Объясните, почему, а также объясните, как воздушный карман над уксусом предотвратит разрыв.(Это функция воздуха над жидкостями в стеклянных контейнерах.)

Задачи и упражнения

1: Во время циркового представления один артист качается вверх ногами, свешиваясь с трапеции, держа другого, также перевернутого, за ноги. Если сила, направленная вверх на нижнюю спортсменку, в три раза превышает ее вес, насколько растягиваются кости (бедра) в ее верхних конечностях? Вы можете предположить, что каждый из них эквивалентен одинаковому стержню длиной 35,0 см и радиусом 1,80 см.2}. [/ Latex] Вычислите изменение длины грифеля автоматического карандаша, если постучите им прямо по карандашу с усилием 4,0 Н. Грифель имеет диаметр 0,50 мм и длину 60 мм. б) разумен ли ответ? То есть согласуется ли это с тем, что вы наблюдали при использовании карандашей?

4: Антенны телевещания — самые высокие искусственные сооружения на Земле. В 1987 году физик весом 72,0 кг разместил себя и 400 кг оборудования на вершине одной антенны высотой 610 м для проведения гравитационных экспериментов.Насколько была сжата антенна, если считать ее эквивалентом стального цилиндра радиусом 0,150 м?

5: (a) Насколько альпинист весом 65 кг натягивает нейлоновую веревку диаметром 0,800 см, когда она висит на 35,0 м ниже скалы? б) Соответствует ли ответ тому, что вы наблюдали для нейлоновых веревок? Имел бы смысл, если бы веревка была на самом деле эластичным шнуром?

6: Полый алюминиевый флагшток высотой 20,0 м по жесткости эквивалентен твердому цилиндру 4.00 см в диаметре. Сильный ветер изгибает полюс так же, как горизонтальная сила в 900 Н. Насколько далеко в сторону прогибается верхняя часть шеста?

7: По мере бурения нефтяной скважины каждая новая секция бурильной трубы выдерживает собственный вес, а также вес трубы и бурового долота под ней. Рассчитайте растяжение новой стальной трубы длиной 6,00 м, которая поддерживает 3,00 км трубы, имеющей массу 20,0 кг / м, и буровое долото 100 кг. Труба по жесткости эквивалентна сплошному цилиндру 5.00 см в диаметре.

8: Вычислите усилие, которое настраивает пианино, чтобы растянуть стальную рояльную проволоку на 8,00 мм, если проволока изначально имеет диаметр 0,850 мм и длину 1,35 м.

9: На позвонок действует сила сдвига 500 Н. Найдите деформацию сдвига, принимая позвонок в виде цилиндра высотой 3,00 см и диаметром 4,00 см.

10: Диск между позвонками позвоночника подвергается действию силы сдвига 600 Н.0} [/ latex] ниже горизонтали с вершиной его шеста и выдерживает натяжение 108 Н. Полый алюминиевый столб высотой 12,0 м эквивалентен по жесткости сплошному цилиндру диаметром 4,50 см. а) Насколько он наклонен в сторону? б) Насколько он сжат?

13: Фермер, производящий виноградный сок, наполняет стеклянную бутылку до краев и плотно закрывает ее. {- 3}} [/ latex]) относительно доступного места.0} [/ latex] с вертикалью. (Ясно, что растяжка должна быть в направлении, противоположном изгибу.)

Рис. 9. Этот телефонный столб находится на изгибе 90 0 линии электропередачи. Оттяжка прикреплена к верху столба под углом 30 0 к вертикали.

Сноски

  1. Приблизительные и средние значения. Модули Юнга [латекс] \ boldsymbol {Y} [/ latex] для растяжения и сжатия иногда различаются, но здесь они усреднены.Кость имеет существенно разные модули Юнга для растяжения и сжатия.

Глоссарий

деформация
изменение формы из-за приложения силы
Закон Гука
пропорциональное соотношение между силой [латекс] \ boldsymbol {F} [/ latex], действующей на материал, и деформацией [латекс] \ boldsymbol {\ Delta {L}} [/ latex], которую оно вызывает, [латекс] \ boldsymbol {F = k \ Delta {L}} [/ latex]
предел прочности
разрушающее напряжение, которое вызовет остаточную деформацию или фракцию материала
напряжение
отношение силы к площади
штамм
отношение изменения длины к исходной длине
деформация сдвига
деформация, перпендикулярная исходной длине объекта

Решения

Задачи и упражнения

1:

[латекс] \ boldsymbol {1.2}. [/ Latex] Это примерно 36 атм, больше, чем может выдержать обычная банка.

15:

1,4 см

Что такое формула стресса? — MVOrganizing

Что такое формула стресса?

Уравнение напряжений: σ = F / A. F обозначает силу, действующую на тело, а A обозначает площадь. Единицы измерения напряжения такие же, как единицы давления — Паскали (символ: Па) или Ньютоны на квадратный метр. Положительный стресс означает, что объект находится в напряжении — он «хочет» удлиниться.

Что такое единица измерения напряжения в системе СИ?

Это означает, что напряжение составляет ньютоны на квадратный метр или Н / м2. Однако у стресса есть своя собственная единица СИ, называемая паскаль. 1 паскаль (символ Па) равен 1 Н / м2. В британских единицах измерения напряжение измеряется в фунтах-силе на квадратный дюйм, что часто сокращается до «psi». Размер напряжения такой же, как и у давления.

Что означает единица СИ?

Базовые единицы СИ — это стандартные единицы измерения, определенные Международной системой единиц (СИ) для семи базовых величин того, что сейчас известно как Международная система величин: они, в частности, являются базовым набором, из которого все остальные единицы СИ можно вывести.

Что такое класс единиц СИ 11?

Подсказка: Система СИ — это метрическая система, которая повсеместно используется в качестве стандарта для измерений. Есть некоторые базовые величины, которые взаимно независимы друг от друга, а все остальные величины и единицы могут быть получены путем применения различных операций или функций к базовым единицам.

Что такое единица площади в системе СИ?

Производная единица СИ
Полученное количество Имя Символ
площадь кв.м. м2
объем куб.м. м3
скорость, скорость метр в секунду м / с

Какой тип силы является напряжением?

Напряжение — определение и виды.В физике напряжение — это сила, действующая на единицу площади материала. Воздействие стресса на тело называется напряжением.

Что такое двухосное напряжение?

Двухосные напряженные состояния Это подходит для обычного (в плоскости) одноосного нагружения двухслойного образца или для приложения к нему изгибающего момента. Также возможно создать деформацию несоответствия в одном направлении (в плоскости). Также возможно создать неравное двухосное напряженное состояние.

Что означает напряжение?

основы

Штамм
модуль (символы) напряжение (обозначение) (символ)
Young’s (E или Y) перпендикулярно противоположным граням (σ) длина ε = ∆ℓ / ℓ0
сдвиг (G или S) по касательной к противоположным граням (τ) касательная γ = ∆x / y
навалом (K или B) нормально ко всем граням, давление (P) объем θ = ∆V / V0

Что такое единица деформации?

Единица измерения деформации в СИ (Système International) — «единица» i.е. 1 ε = 1 = 1 м / м. На практике «единица» деформации называется «деформацией» и используется символ е.

Что такое единица СИ модуля Юнга?

Паскаль

Что такое модуль объемной упругости в системе СИ?

Таким образом, в системе СИ единицами объемного модуля упругости будут Паскаль (Па) или Ньютон на квадратный метр (Н / м2).

Почему важен модуль Юнга?

Модуль Юнга материала — это полезное свойство, которое необходимо знать, чтобы предсказать поведение материала при воздействии силы.Это важно практически для всего, что нас окружает, от зданий до мостов, транспортных средств и многого другого.

Что означает модуль?

Модуль (или «модуль», или «модуль») — это остаток от деления одного числа на другое. Пример: 100 mod 9 равно 1. Поскольку 100/9 = 11 с остатком 1.

Какие бывают типы модуля?

Модули упругости

могут быть трех типов: модуль Юнга, модуль сдвига и модуль объемной упругости.

Где мы используем модуль?

Оператор модуля возвращает остаток от деления одного числа на другое.В большинстве языков программирования модуль обозначается знаком процента. Например, «4 mod 2» или «4% 2» возвращает 0, потому что 2 идеально делится на 4, без остатка.

Какое использование модуля в реальной жизни?

Модуль упругости и деление Например, 325 секунд равны 5 минутам 25 секундам. Аналогичное применение модуля можно использовать для расчета часов, дней и более длительных периодов времени. Некоторые компьютеры могут даже вычислить как частное, так и остаток за одну операцию.

Что такое модуль в математике?

В математике термин modulo («относительно модуля», латинский аблатив модуля, который сам по себе означает «малая мера») часто используется для утверждения, что два различных математических объекта могут рассматриваться как эквивалентные — если их различие учитывается дополнительным фактором.

Как вы решаете задачи по модулю?

Как вычислить по модулю — пример

  1. Начните с выбора начального числа (перед выполнением операции по модулю).
  2. Выберите делитель.
  3. Разделите одно число на другое, округляя в меньшую сторону: 250/24 = 10.
  4. Умножьте делитель на частное.
  5. Вычтите это число из вашего начального числа (делимого).

Резюме — Гипертекст по физике

  • … резонанс
  • эластичность
  • плотность…
Гипертекст по физике
© 1998–2021 Гленн Элерт
Автор, иллюстратор, веб-мастер

Нет постоянных условий.

  1. Механика
    1. Кинематика
      1. Движение
      2. Расстояние и перемещение
      3. Скорость и скорость
      4. Разгон
      5. Уравнения движения
      6. Свободное падение
      7. Графики движения
      8. Кинематика и расчет
      9. Кинематика в двух измерениях
      10. Снаряды
      11. Параметрические уравнения
    2. Dynamics I: Force
      1. Силы
      2. Сила и масса
      3. Действие-реакция
      4. Вес
      5. Динамика
      6. Статика
      7. Трение
      8. Силы в двух измерениях
      9. Центростремительная сила
      10. Справочная рамка
    3. Энергия
      1. Работа
      2. Энергия
      3. Кинетическая энергия
      4. Потенциальная энергия
      5. Сохранение энергии
      6. Мощность
      7. Простые станки
    4. Dynamics II: Импульс
      1. Импульс и импульс
      2. Сохранение импульса
      3. Импульс и энергия
      4. Импульс в двух измерениях
    5. Вращательное движение
      1. Кинематика вращения
      2. Инерция вращения
      3. Динамика вращения
      4. Вращательная статика
      5. Угловой момент
      6. Энергия вращения
      7. Прокатный
      8. Вращение в двух измерениях
      9. Сила Кориолиса
    6. Планетарное движение
      1. Геоцентризм
      2. Гелиоцентризм
      3. Вселенская гравитация
      4. Орбитальная механика I
      5. Гравитационная потенциальная энергия
      6. Орбитальная механика II
      7. Плотность вытянутых тел
    7. Периодическое движение
      1. Пружины
      2. Простой генератор гармоник
      3. Маятники
      4. Резонанс
      5. Эластичность
    8. Жидкости
      1. Плотность
      2. Давление
      3. Плавучесть
      4. Расход жидкости
      5. Вязкость
      6. Аэродинамическое сопротивление
      7. Режимы потока
  2. Теплофизика
    1. Тепло и температура
      1. Температура
      2. Тепловое расширение
      3. Атомная природа материи
      4. Закон о газе
      5. Кинетико-молекулярная теория
      6. Фазы
    2. Калориметрия
      1. Явное тепло
      2. Скрытое тепло
      3. Химическая потенциальная энергия
    3. Теплопередача
      1. Проводимость
      2. Конвекция
      3. Радиация
    4. Термодинамика
      1. Тепло и работа
      2. Диаграммы давление-объем
      3. Двигатели
      4. Холодильники
      5. Энергия и энтропия
      6. Абсолютный ноль
  3. Волны и оптика
    1. Волновые явления
      1. Природа волн
      2. Периодические волны
      3. Интерференция и суперпозиция
      4. Интерфейсы и барьеры
    2. Звук
      1. Природа звука
      2. Интенсивность
      3. Эффект Доплера (звук)
      4. Ударные волны
      5. Дифракция и интерференция (звук)
      6. Стоячие волны
      7. ударов
      8. Музыка и шум
    3. Физическая оптика
      1. Природа света
      2. Поляризация
      3. Эффект Доплера (свет)
      4. Черенковское излучение
      5. Дифракция и интерференция (свет)
      6. Тонкопленочная интерференция
      7. Цвет
    4. Геометрическая оптика
      1. Отражение
      2. Преломление
      3. Зеркала сферические
      4. Сферические линзы
      5. Аберрация
  4. Электричество и магнетизм
    1. Электростатика
      1. Электрический заряд
      2. Закон Кулона
      3. Электрическое поле
      4. Электрический потенциал
      5. Закон Гаусса
      6. Проводники
    2. Электростатические приложения
      1. Конденсаторы
      2. Диэлектрики
      3. Батареи
    3. Электрический ток
      1. Электрический ток
      2. Электрическое сопротивление
      3. Электроэнергия
    4. Цепи постоянного тока
      1. Резисторы в цепях
      2. Батареи в цепях
      3. Конденсаторы в цепях
      4. Правила Кирхгофа
    5. Магнитостатика
      1. Магнетизм
      2. Электромагнетизм
      3. Закон Ампера
      4. Электромагнитная сила
    6. Магнитодинамика
      1. Электромагнитная индукция
      2. Закон Фарадея
      3. Закон Ленца
      4. Индуктивность
    7. Цепи переменного тока
      1. Переменный ток
      2. RC-цепи
      3. Цепи RL
      4. LC цепи
    8. Электромагнитные волны
      1. Уравнения Максвелла
      2. Электромагнитные волны
      3. Электромагнитный спектр
  5. Современная физика
    1. Теория относительности
      1. Пространство-время
      2. Масса-энергия
      3. Общая теория относительности
    2. Quanta
      1. Излучение черного тела
      2. Фотоэффект
      3. Рентгеновские снимки
      4. Антиматерия
    3. Волновая механика
      1. Волны материи
      2. Атомарные модели
      3. Полупроводники
      4. Конденсированное вещество
    4. Ядерная физика
      1. Изотопы
      2. Радиоактивный распад
      3. Период полураспада
      4. Энергия связи
      5. Деление
      6. Fusion
      7. Нуклеосинтез
      8. Ядерное оружие
      9. Радиобиология
    5. Физика элементарных частиц
      1. Квантовая электродинамика
      2. Квантовая хромодинамика
      3. Квантовая динамика вкуса
      4. Стандартная модель
      5. Помимо стандартной модели
  6. Фундаменты
    1. шт.
      1. Международная система единиц
      2. Гауссова система единиц
      3. Британо-американская система единиц
      4. Разные единицы
      5. Время
      6. Преобразование единиц
    2. Измерение
      1. Значащие цифры
      2. По порядку величины
    3. Графики
      1. Графическое представление данных
      2. Линейная регрессия
      3. Подгонка кривой
      4. Исчисление
    4. Векторы
      1. Тригонометрия
      2. Сложение и вычитание векторов
      3. Векторное разрешение и компоненты
      4. Умножение вектора
    5. ссылку
      1. Специальные символы
      2. Часто используемые уравнения
      3. Физические константы
      4. Астрономические данные
      5. Периодическая система элементов
      6. Люди в физике
  7. Назад дело
    1. Предисловие
      1. Об этой книге
    2. Связаться с автором
      1. гленнелерт.нам
      2. Behance
      3. Instagram
      4. Твиттер
      5. YouTube
    3. Аффилированные сайты
      1. hypertextbook.com
      2. midwoodscience.org

Определения напряжения, деформации и модуля Юнга

Когда к объекту прикладывается растягивающая сила (растягивающая сила) , он расширяется. Мы можем нарисовать его график силы и расширения, чтобы показать, как он будет расширяться. Примечание: этот график верен только для того объекта, для которого он был получен экспериментально.Мы не можем использовать его для определения поведения другого объекта, даже если он сделан из того же материала. Это связано с тем, что протяженность объекта зависит не только от материала, но и от других факторов, таких как размеры объекта (например, длина, толщина и т. Д.). Поэтому более полезно узнать о характерных свойствах растяжения самого материала. Это можно сделать, если нарисовать график, на котором деформация не зависит от размеров тестируемого объекта. Этот вид графика называется кривой напряжения-деформации .

Напряжение определяется как сила, приходящаяся на единицу площади материала.

т.е. напряжение = сила / площадь поперечного сечения:

где,

σ = напряжение,

F = приложенная сила, а

A = площадь поперечного сечения объекта.

Единицы s: Нм -2 или Па.

Деформация определяется как удлинение на единицу длины.

Деформация = удлинение / исходная длина

где,

ε = деформация,

l o = исходная длина

e = расширение = ( l-l o ) и

л = длина в растянутом состоянии

У деформации нет единиц, потому что это отношение длин.

Мы можем использовать приведенные выше определения напряжения и деформации для сил, вызывающих растяжение или сжатие.

Если мы применим растягивающее усилие , мы получим растягивающее напряжение и растягивающее напряжение

Если мы применим сжимающую силу , мы получим сжимающее напряжение и сжимающую деформацию.

Полезный совет: В расчетах напряжение, выраженное в Па, обычно является очень большим числом, а деформация — очень небольшим числом. Если получится иначе, значит, вы сделали это неправильно!

Вместо построения графика «сила — растяжение», если вы построите график зависимости напряжения от деформации для объекта, демонстрирующего (линейное) упругое поведение, вы получите прямую линию.

Это потому, что напряжение пропорционально деформации. Градиент прямолинейного графика — это модуль Юнга E

.

E является постоянным и не меняется для данного материала. Фактически, это свойство материала «жесткость». Значения модуля молодости различных материалов часто приводятся в виде таблицы в справочниках, чтобы ученые и инженеры могли их найти.

Единицы модуля Юнга E: Нм -2 или Па.

Примечание: Значение E в Па может оказаться очень большим числом. Поэтому иногда значение E может быть равно MNm -2 .

.
Разное

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.