Деформація твердих тіл. Сили пружності.

План

• Види деформації твердих тіл.
• Механічна напруга твердих тіл. Закон Гука, модуль Юнга.
• Механічні властивості твердих тіл, їх теплове розширення.
• Рідкі кристали та їх властивості.

​

Деформація тіл. Сила пружності. Механічна напруга. Закон Гука. Модуль Юнга.�

• Тверді тіла зберігають форму, але під дією сил, прикладе­них до них, форма тіл змінюється, тобто відбувається дефор­мація
• Деформацією називається зміна форми або об'єму тіла

Деформація в природі

• Деформації, які, повністю зникають після припинення дії зовнішніх сил, називаються пружними
• Деформації, які не зникають після припинення дії зовнішніх сил, називаються пластичними.

• Якщо до однорідного стерж­ня, закріпленого на одному кінці прикласти силу F уздовж його осі в напрямі від стержня, то він зазнає деформації розтягу. Деформацію розтягу характеризують абсо­лютним видовженням і відносним видовженням

Якщо на той самий стержень подіяти силою F, що напрямлена до закріпленого кінця , то стержень зазнає деформації стиску. У цьому випадку відносна деформація від'ємна

• Величина, яка характеризує стан деформованого тіла називається механічною напругою.
• Вона дорівнює відношенню модуля сили пружності F до площі поперечного перерізу S тіла:

​

У системі СІ за одиницю напруги взято 1 Па = 1 Н/м², як і для тиску

• Залежність відносного видовження зразка від прикладеної до нього напруги є однією з найважливіших характеристик механічних властивостей твердих тіл.
• Графічне зображення цієї залежності називається діаграмою розтягу.
• По осі орди­нат відкладається механічна напруга, прикладена до зразка, а по осі абсцис — відносне видовження .

​

Діаграма розтягу

• За малих деформацій напруга прямо пропорційна відносному видовженню. Цю залежність називають законом Гука

Коефіцієнт пропорційності Е, що входить до закону Гука, називається модулем пружності, або модулем Юнга. Для більшості поширених матеріалів модуль Юнга визна­чено експериментально.

Модуль Юнга характеризує опірність матеріалу пружній деформації розтягу (стиску).

• Закон Гука: Сила пружності прямо пропорційна видовженню тіла до деякого граничного значення

Механічні властивості твердих тіл, їх теплове розширення

• Під твердістю розуміють опір матеріалу, яке він створює при вдавлюванні або дряпанні поверхні іншим тілом.
• Пластичністю називають властивість матеріалів під впливом навантаження змінювати свою форму і зберігати цю форму після зняття навантаження

​

• Про м'якість матеріалу кажуть, коли його можна стиснути прикладанням невеликої сили або пошкребти іншим матеріалом.
• Під крихкістю розуміють властивість матеріалу під впливом навантажень не змінювати свою форму, а відразу руйнуватися.

Теплове розширення твердих тіл

• Чому розміри твердих тіл збільшилися внаслідок нагрівання?
• Мікрочастинки внаслідок підвищення температури стали рухатися швидше і з більшою амплітудою, відстань між ними зросла, у результаті збільшився діаметр , а отже, і об’єм.

• У рідині мікрочастинки можуть здійснювати поступальний рух, тому рідина не зберігає форми. А за рахунок того, що мікрочастинки здійснюють коливальні й обертальні рухи навколо положень рівноваги, рідина за певної температури зберігає об’єм.
• Із збільшенням температури зростають відстані між мікрочастинками, що призводить до зміни об’єму тіла.
• Різні рідини за однакового нагрівання розширюються неоднаково.

Речовини з подвійною природою - і рідини, і твердого тіла називають - рідкими кристалами

Розрізняють три основні типи рідких кристалів:

1. нематичні,
2. смектичні,
3. холестеричні

Молекули рідких кристалів мають витягнуту паличкоподібну форму. Саме така форма і визначає їх взаємне розташування всередині речовини - вони розташовані пліч о пліч одна до одної у певному порядку. Тому вони можуть рухатися лише вздовж своєї осі, повертатися на певний кут, але при цьому не можуть змінити напрям свого розташування (на відміну від молекул рідини, які можуть рухатися у всіх напрямах

Нематичні

Найбільш простий різновид РК- нематики (від грец. «Нема» - нитка) - утворюють довгі ниткоподібні молекули. У рідкокристалічному стані «палички» паралельні один одному, але безладно зрушені вздовж своїх осей.

смектичні

У смектичних кристалах (від грец. «Смегма» - мило) ступінь впорядкованості вище. Молекули смектика згруповані в шари. Спільним для всіх смектиків є слабка взаємодія між шарами, які легко сковзаяться один щодо одного, тому смектики на дотик слизькі та милоподібні.

холестеричні

Найбільш складно влаштовані молекули холестеричних рідких кристалів мають форму довгастих пластинок, розташованих паралельно один одному. Їх особливістю є те, що вони різко змінюють забарвлення при зміні температури середовища навіть на десяті долі градуса.

Однією із властивостей рідких кристалів є залежність їхнього кольору від температури. Цю властивість використовують для вимірювання температури.

Із сумішей рідкокристалічних речовин виготовляють температурні індикатори в інтервалі температур від -20 до +250°С.

Індикатор являє собою тонку гнучку плівку з рідкого кристала. При накладенні плівки на поверхню предмета за кольором індикатора можна визначити температуру предмета, її зміну з часом.

Розчинене у воді мило представляє собою рідкокристалічну систему.

​

Воно утворює безліч подвійних шарів молекул мила, розділених шарами води. Це призводить до того, що розчин мила, змочуючи забруднені місця, обволікає частинки бруду мильною плівкою.

​

Таким чином, частки бруду і очищуюча поверхня покриваються шарами рідких кристалів, які легко ковзають одна по відношенню до іншої, і при невеликому механічному впливі часточки бруду відділяються і переводяться в розчин.