Механические свойства твердых тел

Слайд #1

Механические свойства твердых тел

Слайд #2

Деформа ция (от лат. deformatio — «искажение») — изменение взаимного положения частиц тела, связанное с их перемещением относительно друг друга. Деформация представляет собой результат изменения межатомных расстояний и перегруппировки блоков атомов. Обычно деформация сопровождается изменением величин межатомных сил, мерой которого является упругое механическое напряжение.

Слайд #3

Виды деформаций: растяжение сжатие сдвиг кручение изгиб

Слайд #4

деформация упругая деформация – деформация, исчезающая после прекращения действия внешней силы Пластическая деформация – деформация, сохраняющаяся после прекращения действия внешней силы Резина, сталь, кости, сухожилия, человеческое тело Пластилин, замазка , жевательная резинка, воск, алюминий

Слайд #5

Закон Гука: Сила упругости прямо пропорциональна удлинению тела до некоторого предельного значения |F упр|=k l l абсолютное удлинение (м) K коэффициент жесткости (Н/м) F упр - Сила упругости (Н)

Слайд #6

Диаграмма растяжения участке 0-1 выполняется закон Гука, т. е. нормальное напряжение пропорционально относительному удлинению (участок 1-2), не возникает остаточная деформация, называют пределом упругости. Увеличение нагрузки выше предела упругости (участок 2-3) приводит к тому, что деформация становится остаточной. (участок 3-4 графика). Это явление называют текучестью материала.. (участок 4-5 графика). Максимальное значение нормального напряжения sпр, при превышении которого происходит разрыв образца, называют пределом прочности.

Слайд #7

σ -механическое напряжение (Па) Закон Гука ε -относительное удлинение Е -модуль Юнга (Па)

Слайд #8

От чего зависит жесткость? длины материала площади поперечного сечения

Слайд #9

Измерение деформации тензометр тензодатчики сопротивления рентгеноструктурный анализ поляризационно-оптический метод

Слайд #10

Причины возникновения деформации твёрдых тел следствием фазовых превращений, связанных с изменением объёма, теплового расширения результатом действия внешних сил намагничивания магнитострикция появления электрического заряда (пьезоэлектрический эффект)

Слайд #11

Тепловое расширение тел— жизненно важное явление При нагревании размеры твердых тел немного увеличиваются, а при охлаждении - уменьшаются. Для людей тепловое расширение — жизненно важное явление. Например, проектируя стальной мост через реку в городе с континентальным климатом, нельзя не учитывать возможного перепада температур в пределах от —40°C до +40°C в течение года. Такие перепады вызовут изменение общей длины моста вплоть до нескольких метров, и, чтобы мост не вздыбливался летом и не испытывал мощных нагрузок на разрыв зимой, проектировщики составляют мост из отдельных секций. Телеграфные провода в жаркую погоду провисают заметно больше, чем во время зимних морозов. В этом легко убедиться, если провести следующий опыт: нагревая натянутую проволоку электрическим током, мы видим, что она заметно провисает, а прекращении нагревания снова натягивается. Когда балалайку выносят из теплого помещения на мороз, ее стальные струны становятся более натянутыми и звучание изменится. Чаще всего причинами порчи зубов является очень холодная либо очень горячая еда, особенно если это чередуется сразу же друг за другом. От этого зубная эмаль трескается Наблюдения:

Слайд #12

Почему при нагревании большинство твёрдых тел расширяются? Это происходит из-за того, что при увеличении температуры увеличивается кинетическая энергия движения частиц, которые находятся в узлах кристаллической решётки. Увеличение кинетической энергии, в свою очередь, приводит к увеличению амплитуды колебаний этих частиц около положения равновесия. В результате увеличения амплитуды колебаний увеличивается среднее расстояние между частицами в кристаллической решётке, что приводит к увеличению линейных размеров всего тела.

Слайд #13

Как велики изменения размеров твёрдых тел при нагревании? Оказывается, очень малы. Приведем экспериментальные факты. Если изготовить стержни из различных материалов так, чтобы при 20° они имели длину точно 1 м, а затем нагреть их точно на 1°, то удлинения этих стержней будут такими, как показано в списке Асфальт -0,2 мм Бронза -0,0175 мм Медь -0,017 мм Инвар -0,005 мм Изучая список можно сделать вывод, почему наиболее точные измерительные инструменты делаются из особого сплава – инвара, и зачем на точных измерительных инструментах указывается температура (обычно 20 °С)?

Слайд #14

Почему при нагревании некоторые тела разрушаются? Если в стеклянный стакан налить кипяток, то стакан может треснуть. Почему? Дело здесь в неравномерном нагреве. Стекло плохо проводит тепло, поэтому, когда мы наливаем кипяток, внутренняя поверхность стакана сразу нагревается до 100 °С, а внешняя ещё сохраняет комнатную температуру. В результате слои стекла, прилегающие к внутренней поверхности стакана, начинают расширяться, а слои, прилегающие к внешней поверхности стакана, - ещё нет. Получается так, как если бы мы приложили к внутренней поверхности стакана дополнительное давление. А стекло - вещество хрупкое, такого давления может и не выдержать. Причина — неравномерное расширение стекла. Толстые стаканы - как раз самые непрочные в этом отношении: они лопаются чаще, нежели тонкие

Слайд #15

Слайд #16

Небольшие изменения размеров могут быть опасны Скажем прямо заметить такие изменения длины практически невозможно. Однако для хрупких веществ даже столь небольшие изменения размеров могут быть опасны. Взять, к примеру, асфальт. По сравнению со стеклом он при нагревании расширяется в 20 раз сильнее, поэтому асфальтовые покрытия на дорогах постоянно дают трещины и нуждаются в постоянном ремонте: ведь суточные колебания температуры приводят к неравномерному нагреву асфальта. А из-за этого возникают внутренние напряжения (как в стакане с кипятком), которые приводят к разрушению. Поэтому между плитами бетонного шоссе делают зазоры.

Слайд #17

Если нас спросят, какова высота Эйфелевой башни, то прежде чем ответить: "300 метров", вы, вероятно, поинтересуетесь: В какую погоду—холодную или теплую? вершина Эйфелевой башни поднимается выше, чем в холодный, на кусочек, равный 12см и сделанный из железа, которое, впрочем, не стоит ни одного лишнего сантима.

Слайд #18

Тепловое расширение тел, изготовленных из разных материалов Главное требование - одинаковое изменение размеров проволоки и стекла при изменении температуры. Если проволока будет расширяться сильнее или слабее, чем стекло, это вызовет в стекле внутренние напряжения (как в стакане, в который налили кипяток), и стекло может треснуть. Для пайки электродов в электрическую лампу применяют специальный сплав - платинид, расширяющийся при нагревании так же, как и стекло.

Слайд #19

Значение силы упругости При температурном расширении или сжатии твердых тел развиваются огромные силы; это можно использовать в соответствующих технологических процессах. Например, это свойство использовано в электрическом домкрате для растяжения арматуры при изготовлении напряженного железобетона. В результате охлаждения и сокращения линейных размеров стержня развивается тянущее усилие порядка сотен тонн, которое растягивает холодную арматуру до необходимой величины. Так как в этом домкрате работают молекулярные силы, он практически не может сломаться. С помощью теплового расширения жидкости можно создать необходимые гидростатические давления. Обще известные биметаллические пластинки - соединенные каким-либо способом две металлические полоски с различным термо расширением - являются отличным преобразователем тепловой энергии в механическую.

Слайд #20

Вещества, сжимающиеся при нагревании обычная вода обладает так называемой температурной аномалией - в области температур от 0 0С до 4 0С наночастицы оксида меди, сплавов, ceramics керамики на основе фосфатов, керамики на основе молибдатов циркония или гафния, полимеров, Глянцевые натяжные потолки.

Слайд #21

Механические свойства твердых тел: Механические свойства характеризуют способность материала сопротивляться воздействию внешних сил. Прочность – способность материала сопротивляться разрушению под воздействием нагрузок. Пластичность – способность материала изменять форму и размер под действием внешних сил. Упругость – способность материала восстанавливать первоначальную форму и размер. Твердость – сопротивление твердого тела изменению формы (деформации) Все эти свойства проявляются под действием статических сил (постоянных по величине и направлению)

Слайд #22

Задача ЕГЭ

Слайд #23

Груз какой массы следует подвесить к стальному тросу длиной 2 м и диаметром 1 см, чтобы он удлинился на 1 мм? Модуль Юнга для стали Е = 2 х 1011 Па. А. 400 кг; В. 600 кг; Д. 800 кг. Б. 500 кг; Г. 700 кг;

Слайд #24

Для определения модуля упругости вещества образец площадью поперечного сечения 1 см2 растягивают с силой 2 • 104 Н. При этом относительное удлинение образца оказывается равным 0,1%. Найдите по этим данным модуль упругости вещества образца. А. 100 ГПа; В. 200 ГПа; Д. 300 ГПа. Б. 150 ГПа; Г. 250 ГПа;

Слайд #25

Использованные ресурсы: А.А. Пинский, Г.Ю. Граковский. Физика. –М.: 2002. Е.К.Филатов, физика 7 класс, экспериментальный учебник для общеобразовательных учебных заведению – 3 – изд. М: ВШМФ «Авангард», 2004 г http://ask.yandex.ru/questions/i42835215.4039 http://alexander-kynin.boom.ru/TRIZ/EXPANSION/EXPANSION-R.htm

Слайд #26

Сабитова Файруза Рифовна преподаватель физики ГАОУ СПО «Сармановский аграрный колледж»