Десятый класс
  1. Механика  1.1. Динамика  1.1.1. Движение в одном измерении  1.1.2. Движение в двух измерениях  1.1.3. Смещение и расстояние  1.1.4. Скорость и Вектор  1.1.5. Ускорение  1.1.6. Графическое представление движения  1.1.7. Equations of motion  1.1.8. Свободное падение и ускорение свободного падения  1.1.9. Движение тела, брошенного под углом к горизонту  1.1.10. Относительная скорость  1.2. Динамика  1.2.1. Законы движения Ньютона  1.2.2. Инерция и масса  1.2.3. Сила и ее виды  1.2.4. Сила действия и противодействия  1.2.5. Friction and its effects  1.2.6. Коэффициент трения  1.2.7. Круговое движение  1.2.8. Центростремительная сила и центростремительное ускорение  1.2.9. Импульс и количество движения  1.2.10. Conservation of momentum  1.2.11. Третий закон Ньютона и его применения  1.3. Работа, энергия и мощность  1.3.1. Работа, совершаемая силой  1.3.2. Теорема о работе и энергии  1.3.3. Кинетическая энергия  1.3.4. Потенциальная энергия  1.3.5. Mechanical energy  1.3.6. Сохранение энергии  1.3.7. Мощность и эффективность  1.3.8. Возобновляемые и невозобновляемые источники энергии  1.4. Гравитационная сила  1.4.1. Закон всемирного тяготения Ньютона  1.4.2. Гравитационное поле и напряженность поля  1.4.3. Ускорение свободного падения на разных планетах  1.4.4. Законы движения планет Кеплера  1.4.5. Orbits and satellites  1.4.6. Вес и кажущийся вес  1.4.7. Гравитационная потенциальная энергия
  2. Свойства материи  2.1. States of matter  2.1.1. Твердое, жидкое и газообразное  2.1.2. Molecular structure of matter  2.1.3. Межмолекулярные силы  2.1.4. Плазма и конденсат Бозе–Эйнштейна  2.2. Давление  2.2.1. Определение давления  2.2.2. Pressure in liquids  2.2.3. Атмосферное давление  2.2.4. Принцип Паскаля  2.2.5. Принцип Архимеда и плавучесть  2.2.6. Поверхностное натяжение и капиллярность  2.3. Эластичность  2.3.1. Закон Гука  2.3.2. Stress and strain  2.3.3. Предел упругости и модуль упругости  2.3.4. Применения упругости
  3. Thermal physics  3.1. тепло и температура  3.1.1. Difference Between Heat and Temperature  3.1.2. Температурная шкала  3.1.3. Тепловое расширение  3.1.4. Тепловое равновесие  3.2. Теплопередача  3.2.1. Проводимость  3.2.2. Конвекция  3.2.3. Излучение  3.2.4. Insulation and its applications  3.3. Тепловые свойства вещества  3.3.1. Удельная теплоемкость  3.3.2. Скрытая теплота и фазовые переходы  3.3.3. Boiling and Melting Point  3.3.4. Тепловые двигатели и холодильные установки  3.4. Законы термодинамики  3.4.1. Нулевой закон термодинамики  3.4.2. Первый закон термодинамики  3.4.3. Второй закон термодинамики  3.4.4. Цикл Карно
  4. Волны и оптика  4.1. Природа и свойства волн  4.1.1. Типы волн в природе и свойства волн  4.1.2. Поперечные и продольные волны  4.1.3. Параметры волн  4.1.4. Отражение и преломление волн  4.1.5. Суперпозиция и интерференция  4.1.6. Стоячие волны и резонанс  4.1.7. Эффект Доплера  4.2. Звуковые волны  4.2.1. Характеристики звуковых волн  4.2.2. Скорость звука в разных средах  4.2.3. Применение звуковых волн  4.2.4. Ультразвук и его использование  4.3. Light Waves and Optics  4.3.1. Природа света  4.3.2. Отражение света  4.3.3. Laws of reflection  4.3.4. Mirrors and Image Formation  4.3.5. Преломление света  4.3.6. Закон Снелла  4.3.7. Линзы и образование изображения  4.3.8. Полное внутреннее отражение и критический угол  4.3.9. Оптическое волокно  4.4. Оптические приборы  4.4.1. Microscope  4.4.2. Телескоп  4.4.3. Человеческий глаз и дефекты зрения  4.4.4. Камера и принцип ее работы
  5. Электричество и магнетизм  5.1. Электростатика  5.1.1. Электрический заряд и его свойства  5.1.2. Проводники и изоляторы  5.1.3. Coulomb's law  5.1.4. Электрическое поле и линии поля  5.1.5. Electric potential and potential difference  5.1.6. Конденсаторы и емкость  5.2. Ток электричества  5.2.1. Electric current and its measurement  5.2.2. Закон Ома  5.2.3. Сопротивление и удельное сопротивление  5.2.4. Последовательные и параллельные цепи  5.2.5. Электрическая энергия и мощность  5.2.6. Законы Кирхгофа  5.3. Магнетизм и электромагнетизм  5.3.1. Магнитное поле и линии поля  5.3.2. Магнитные эффекты электрического тока  5.3.3. Электромагнитная индукция  5.3.4. Законы электромагнитной индукции Фарадея  5.3.5. Трансформаторы и их применение  5.3.6. AC and DC current
  6. Современная физика  6.1. Nuclear physics  6.1.1. Структура атома  6.1.2. Атомная модель Бора  6.1.3. Энергетические уровни электронов  6.1.4. Рентгеновские лучи и их применение  6.2. Радиоактивность  6.2.1. Виды радиации  6.2.2. Half-life and radioactive decay  6.2.3. Ядерные реакции и их применения  6.2.4. Деление и Синтез  6.3. Quantum physics  6.3.1. Дуализм волна-частица  6.3.2. Photoelectric effect  6.3.3. Квантизация энергии  6.3.4. Принцип неопределённости Гейзенберга
  7. Электроника и связь  7.1. Полупроводники  7.1.1. Проводники, изоляторы и полупроводники  7.1.2. Диоды и их применение  7.1.3. Транзисторы и логические элементы  7.1.4. Светодиоды и фотодиоды  7.2. Системы Коммуникации  7.2.1. Основы коммуникации  7.2.2. Аналоговые и цифровые сигналы  7.2.3. Беспроводная связь и оптоволоконная связь  7.2.4. Радиоволны и модуляция

Десятый класс → Свойства материи → Эластичность ↓


Применения упругости


Упругость - это потрясающее свойство материалов, которое описывает их способность возвращаться к своей первоначальной форме после деформации. В физике это понятие чрезвычайно важно, особенно для понимания того, как материалы реагируют на силы. В нашей повседневной жизни мы сталкиваемся с многими применениями упругости, начиная от простых объектов, таких как резинки, и заканчивая более сложными инженерными конструкциями, такими как мосты и небоскрёбы.

Понимание упругости

Прежде чем углубляться в применения, сначала разберёмся, что такое упругость. Когда на вещество действует сила, его форма может измениться. Если вещество возвращается к своей первоначальной форме, когда сила удалена, то оно считается упругим. Классическим примером этого является растяжение резинки, которая возвращается к своей первоначальной форме, когда её отпускают.

Упругость: Способность материала возвращаться к своей первоначальной форме после растяжения или сжатия.

Модуль Юнга

Упругость материалов часто измеряется свойством, называемым модулем Юнга, обозначаемым символом E. Он является мерой жёсткости данного материала и определяется как отношение напряжения к деформации в линейном режиме упругости одноосного деформирования.

E = напряжение / деформация = (F/A) / (ΔL/L0)

Где:

  • F - приложенная сила.
  • A - площадь поперечного сечения.
  • ΔL - изменение длины.
  • L0 - первоначальная длина.

Чем выше значение модуля Юнга, тем жёстче материал, что указывает на меньшее деформирование под напряжением. Например, сталь имеет более высокий модуль Юнга, что делает его менее подверженным деформации под действием силы, чем резина, у которой модуль Юнга ниже.

Закон Гука

Одним из фундаментальных принципов, относящихся к упругости, является закон Гука, который гласит, что сила, необходимая для растяжения или сжатия пружины на расстояние, пропорциональна этому расстоянию.

F = k * x

Где:

  • F - сила, приложенная к пружине.
  • k - коэффициент жёсткости пружины.
  • x - растяжение или сжатие пружины.

В пределах упругого лимита материал будет следовать этой линейной зависимости. За пределами этого лимита материал может согнуться и не вернуться к своей первоначальной форме.

Применения упругости

1. Мосты

Мосты - это отличный пример инженерных конструкций, которые должны учитывать упругость. Эти конструкции должны выдерживать такие силы, как весовые нагрузки, ветровые нагрузки, а иногда и землетрясения. Инженеры используют материалы с определёнными упругими свойствами, чтобы обеспечить, что мост может слегка изгибаться для поглощения этих сил, не ломаясь.

Мост

2. Пружины в автомобилях

В автомобилях пружины используют принцип упругости для поглощения ударов с дороги. Это повышает комфорт и безопасность. Путём сжатия и расширения в пределах своей упругости, пружины автомобилей уменьшают ударные нагрузки от выбоин, обеспечивая более плавный ход.

Автомобиль

3. Дизайн строительных материалов

Упругость важна при проектировании строительных материалов. Бетон, дерево и металл выбираются на основе их способности выдерживать различные формы напряжения и деформации. Для высоких зданий материалы должны обладать достаточной упругостью, чтобы противостоять не только статическим нагрузкам, но и динамическим нагрузкам, таким как ветер и сейсмическая активность.

4. Верёвки для банджи-джампинга

Гибкость спасает жизни в банджи-джампинге. Используемая верёвка обладает высокой упругостью, позволяющей ей значительно растягиваться без разрыва. Эта особенность растяжения поглощает энергию и возвращает прыгуна назад без вреда.

Верёвка для банджи

5. Резинки и повседневные предметы

Резинки - один из самых простых, но наиболее распространённых примеров работы упругости. Они могут растягиваться в несколько раз больше своего первоначального размера и восстанавливать форму, когда сила исчезает. Это свойство используется ежедневно для связывания предметов, в брекетах для изменения положения зубов и во многих других областях.

6. Авиакосмическая промышленность

В авиакосмической промышленности материалы, используемые для создания самолётов, должны быть лёгкими, но также способными выдерживать огромные напряжения. Учёт упругости позволяет гарантировать, что эти материалы не деформируются под постоянными условиями на больших высотах или в ходе экстремальных манёвров.

7. Спортивное оборудование

Упругость играет важную роль и в спорте, начиная от сгиба лука во время стрельбы из лука и заканчивая валом клюшки для гольфа. Эти инструменты зависят от упругих материалов для эффективного накопления и высвобождения энергии во время использования.

8. Медицинское оборудование

Гибкость чрезвычайно важна в медицине. Рассмотрите дизайн катетеров, стентов и множества хирургических инструментов, которые требуют гибкости для безопасного перемещения по организму человека.

9. Музыкальные инструменты

Музыкальные инструменты, такие как гитары и скрипки, зависят от упругости. Струны могут растягиваться (до предела) и возвращаться в первоначальное состояние при ударе или държке, создавая звуковые волны.

Упругий предел и пластичность

Хотя множество приложений зависят от возвращения материалов к своей первоначальной форме, важно понимать, что у каждого материала есть упругий предел, максимальная степень, до которой он может быть упруго деформирован (без постоянных изменений). За этой границей материал становится пластичным, то есть он неизменно деформирован и не может приобрести первоначальную форму.

Практические задачи

Рассмотрим некоторые задачи для усиления понимания:

Задача 1: Свисящий провод

Стальная проволока длиной 2 м и площадью поперечного сечения 5 мм2 подвешивается от жёсткой опоры с грузом 20 кг на нижнем конце. Какое удлинение создаётся? (Модуль Юнга для стали, E = 2 x 1011 Н/м2)

Решение: Дано, Длина, L = 2м Площадь поперечного сечения, A = 5 x 10-6 м2 Груз, F = mg = 20 x 9.8 = 196 Н Модуль Юнга, E = 2 x 1011 Н/м2 Деформация = F/(E * A) = 196/(2 x 1011 * 5 x 10-6 ) = 1.96 x 10-3 Удлинение, ΔL = Деформация x L = 1.96 x 10-3 x 2м = 3.92 x 10-3 м ≈ 3.92 мм

Задача 2: Сжатие пружины

Пружина с коэффициентом жёсткости k 1500 Н/м сжата на расстояние 0.1 м. Найдите силу, которую создаёт пружина.

Решение: Дано, Коэффициент жёсткости пружины, k = 1500 Н/м Сжатие, x = 0.1 м Сила, F = k * x = 1500 * 0.1 = 150 Н

Заключение

Упругость - это фундаментальное понятие в физике, описывающее, как материалы реагируют на внешние силы. От повседневных объектов до сложных инженерных достижений, понимание упругих свойств позволяет нам разрабатывать более прочные, эффективные и адаптируемые структуры и устройства. Зная пределы упругости, инженеры и проектировщики могут создавать более безопасные и надёжные продукты.


Десятый класс → 2.3.4


U
username
0%
завершено в Десятый класс

← Предыдущий (2.3.3)
Предел упругости и модуль упругости
Следующий (3) →
Thermal physics

Комментарии 



Применения упругости

https://www.physicsflow.com/g10/2.3.4?pfal=ru