В сопротивлении материалов принято рассчитывать деформации в относительных единицах:
Между продольной и поперечной деформациями существует зависимость
где μ— коэффициент поперечной деформации, или коэффициент Пуассона, —характеристика пластичности материала.
Закон Гука
В пределах упругих деформаций деформации прямо пропорциональны нагрузке:
где F — действующая нагрузка; к — коэффициент. В современной форме:
Получим зависимость
где Е — модуль упругости, характеризует жесткость материала.
В пределах упругости нормальные напряжения пропорциональны относительному удлинению.
Значение Е для сталей в пределах (2 – 2,1) • 105МПа. При прочих равных условиях, чем жестче материал, тем меньше он деформируется:
Формулы для расчета перемещений поперечных сечений бруса при растяжении и сжатии
Используем известные формулы.
Относительное удлинение
В результате получим зависимость между нагрузкой, размерами бруса и возникающей деформацией:
где
Δl — абсолютное удлинение, мм;
σ — нормальное напряжение, МПа;
l — начальная длина, мм;
Е — модуль упругости материала, МПа;
N — продольная сила, Н;
А — площадь поперечного сечения, мм2;
Произведение АЕ называют жесткостью сечения
Дано: m = 40 кг l = 3 м A - ?
Решение:
A = - ΔEp = m g Δh.
При этом центр тяжести сместился на величину, равную половине длины: A = m g Δh / 2 = 400 * 3 / 2 = 600 Дж
2)
Дано: m = 0,5 кг h = 60 м h' = 20 м Ep' - ? Ek' - ?
Решение:
1) Потенциальную энергию можем сразу определить: Ep' = m g h' = 5 * 20 = 100 Дж
2) На высоте 60 м тело обладало потенциальной энергией, равной: Ep = m g h = 4 * 60 = 240 Дж
По закону сохранения энергии (пусть начальная скорость - ноль):
Ep = Ek' + Ep',
Ek' = Ep - Ep' = 240 - 100 = 140 Дж