Реферат по физике

Тема: «Сила упругости»

Введение

В окружающем мире тела постоянно взаимодействуют друг с другом. Одни тела притягиваются, другие отталкиваются, третьи изменяют свою форму. Например, резинка растягивается, пружина сжимается, мяч немного деформируется при ударе о пол, а ветка дерева сгибается под тяжестью снега. Во всех этих случаях возникает сила упругости.

Сила упругости играет важную роль в жизни человека и природе. Благодаря ей работают пружины, весы, амортизаторы автомобилей, луки, спортивные батуты и многие другие устройства. Изучение этой силы помогает понять, почему предметы могут восстанавливать свою форму после деформации.

1. Что такое деформация

Деформацией называют изменение формы или размеров тела под действием внешних сил.

Например, если растянуть пружину, она станет длиннее. Если нажать на пластилин, он сплющится. Если согнуть линейку, её форма изменится. Во всех этих случаях происходит деформация.

Существуют следующие основные виды деформации:

1. Растяжение — тело увеличивается в длину. Например, растягивание резинки.

2. Сжатие — тело уменьшается в длину. Например, сжатие пружины.

3. Изгиб — тело становится изогнутым. Например, изгиб линейки.

4. Кручение — части тела поворачиваются в разные стороны. Например, закручивание проволоки.

5. Сдвиг — одна часть тела смещается относительно другой. Например, срез бумаги ножницами.

Деформации бывают упругими и пластическими.

Упругая деформация — это деформация, которая исчезает после прекращения действия силы. Например, пружина после растяжения возвращается к прежней длине.

Пластическая деформация — это деформация, которая сохраняется после прекращения действия силы. Например, пластилин после надавливания не возвращается к первоначальной форме.

2. Сила упругости

Сила упругости — это сила, которая возникает в теле при его деформации и стремится вернуть телу первоначальную форму и размеры.

Например, если растянуть пружину, она будет тянуть руки друг к другу. Если сжать пружину, она будет раздвигать руки в стороны. Значит, сила упругости всегда направлена против деформации.

Сила упругости возникает потому, что частицы, из которых состоит тело, при изменении расстояния между ними начинают сильнее притягиваться или отталкиваться. Тело словно «стремится» вернуться в своё обычное состояние.

Сила упругости обозначается буквой Fупр и измеряется в ньютонах:

[Fупр] = Н

Один ньютон — это сила, которая сообщает телу массой 1 килограмм ускорение 1 метр в секунду за секунду.

3. Закон Гука

Зависимость силы упругости от деформации изучал английский учёный Роберт Гук. Он установил закон, который получил название закона Гука.

Закон Гука: при небольших упругих деформациях сила упругости прямо пропорциональна величине деформации тела.

Формула закона Гука:

Fупр = kx

где:
Fупр — сила упругости, измеряется в ньютонах;
k — жёсткость пружины, измеряется в ньютонах на метр;
x — удлинение или сжатие пружины, измеряется в метрах.

Жёсткость показывает, насколько трудно растянуть или сжать пружину. Чем больше жёсткость, тем сильнее пружина сопротивляется деформации.

Например, тонкую мягкую пружину легко растянуть, поэтому её жёсткость небольшая. Толстую и жёсткую пружину растянуть труднее, поэтому её жёсткость больше.

Закон Гука действует не всегда, а только при упругих деформациях. Если пружину растянуть слишком сильно, она может не вернуться к первоначальной длине или даже сломаться.

4. Примеры действия силы упругости

Силу упругости можно наблюдать во многих ситуациях.

Пружина. При растяжении или сжатии пружина стремится вернуть первоначальную длину.

Резинка. Когда её растягивают, возникает сила упругости. После отпускания резинка сокращается.

Мяч. При ударе о пол мяч немного сжимается. Затем он восстанавливает форму и отскакивает вверх.

Лук. При натягивании тетивы изгибаются плечи лука. Когда тетиву отпускают, сила упругости разгоняет стрелу.

Амортизаторы автомобиля. Они смягчают толчки при движении по неровной дороге. Благодаря силе упругости машина меньше трясётся.

Пружинные весы и динамометр. В этих приборах сила определяется по растяжению пружины.

5. Динамометр

Динамометр — это прибор для измерения силы. Основной его частью является пружина.

Когда к динамометру подвешивают груз, пружина растягивается. Чем больше сила, тем больше растяжение. На шкале прибора можно увидеть значение силы в ньютонах.

Например, если груз действует на динамометр с силой 2 Н, стрелка или указатель прибора покажет число 2. С помощью динамометра можно измерять силу тяжести, силу трения, силу тяги и другие силы.

6. Примеры задач

Задача 1.
Пружина имеет жёсткость 200 Н/м. Её растянули на 5 см. Найти силу упругости.

Дано:
k = 200 Н/м
x = 5 см = 0,05 м

Решение:

Fупр = kx

Fупр = 200 × 0,05 = 10 Н

Ответ: сила упругости равна 10 Н.

Задача 2.
Пружина под действием силы 15 Н растянулась на 3 см. Найти её жёсткость.

Дано:
Fупр = 15 Н
x = 3 см = 0,03 м

Решение:

k = Fупр / x

k = 15 / 0,03 = 500 Н/м

Ответ: жёсткость пружины равна 500 Н/м.

Заключение

Сила упругости возникает при деформации тела и направлена так, чтобы вернуть ему первоначальные форму и размеры. Она проявляется при растяжении, сжатии, изгибе, кручении и других видах деформации.

Величина силы упругости при небольших деформациях определяется законом Гука. Эта сила широко используется в технике, спорте, транспорте и быту. Благодаря ей работают пружины, амортизаторы, весы, луки и множество других устройств.

Изучение силы упругости помогает лучше понимать явления, которые происходят вокруг нас каждый день.

Список литературы

1. Учебник физики для 7 класса.

2. Справочные материалы по теме «Силы в природе».

3. Энциклопедия по физике для школьников.