Механические Свойства Твердых Тел

Механические Свойства Твердых Тел

Под действием приложенных внешних сил твердые тела изменяют свою форму и объем - деформируются. Если после прекращения действия силы, форма и объем тела полностью восстанавливаются, то деформацию называют упругой, а тело - абсолютно упругим. Деформации, которые не исчезают после прекращения действия сил, называются пластическими, а тела - пластичными.

Различают следующие виды деформаций: растяжение, сжатие, сдвиг, кручение и изгиб.

Деформацию растяжения характеризуют абсолютным удлинением дельта l и относительным удлинением е: 

где l₀- начальная длина, l- конечная длина стержня. Механическим напряжением называют отношение модуля силы упругости F к площади поперечного сечения тела S:б=F/S.

В СИ за единицу механического напряжения принимают 1Па = 1Н/м². 

Закон Гука (1635-1703): при малых деформациях напряжение прямо пропорционально относительному удлинению (б = Е • е). На рис.33 представлен график зависимости механического напряжения от относительного удлинения.

Участок 0А - область пропорциональности: на этом участке выполняется закон Гука. Точке А соответствует напряжение б_проп, называемое пределом пропорциональности.

Предел пропорциональности б_проп - максимальное напряжение, при котором закон Гука еще выполняется.

Предел упругости б_упр - напряжение, при котором тело полностью утрачивает упругость (участок АВ).

На участке ВС наблюдается явление "текучести" материала: удлинение тела нарастает при незначительном росте деформирующей силы.

При дальнейшем увеличении удлинения тело вновь обретает способность сопротивляться деформации; напряжение в нем вновь увеличивается, достигая максимума в точке D, которой соответствует начало разрушения.

Предел прочности б_проч - наибольшее напряжение, возникающее в теле перед началом разрушения. Участку DE соответствует постепенное разрушение тела.

Все детали машин и механизмов изготавливаются со значительным, но разумным запасом прочности.

Отношение предела прочности материала (или предела текучести для пластичных тел) к фактически действующему напряжению называют коэффициентом запаса прочности (k). Например, в строительном деле коэффициент запаса прочности стальных балок установлен не менее 2,5 - 2,6, а для балок из хрупких материалов (чугун, бетон) не менее 3 - 9.

Механические свойства материалов различны. Такие материалы, как резина или сталь, обнаруживают упругие свойства при сравнительно больших напряжениях и деформациях. Их называют упругими.

Материалы, у которых незначительные нагрузки вызывают пластические деформации, называют пластичными (пластилин, свинец).

Большое значение на практике имеет такое свойство твердых тел, как хрупкость. Материалы называют хрупкими, если они разрушаются при небольших деформациях (чугун, фарфор).

Важной характеристикой материалов является твердость. Она характеризует способность материала оказывать сопротивление проникновению в него другого тела, т. е. способность противодействовать вдавливанию или царапанью.)