Сила упругости для тех, кто всё забыл (или не понял)

09.04.2018

Ну что, гуманитарии и двоечники?

Продолжаем рассматривать темы школьного курса физики вместе с Анной Бушмановой, выпускницей инженерно-физического факультета Амурского государственного университета. Сегодня разберёмся с силой упругости.

Сила упругости – это про что?

Если на упругий предмет немного нажать, то он слегка деформируется, то есть изменит свою форму: растянется или сожмётся. Если воздействие прекратить, форма восстановится. Это и называется упругостью тела.
Где-то в “параллельной реальности” сжатая пружина не разгибается обратно. На этом разговор заканчивается,.. и статья – тоже. Но в нашем мире пружина разжимается. То есть часть тела производит движение, а если есть движение, то есть и сила, которая заставляет двигаться. Эту силу и называют силой упругости.

Почему так происходит на самом деле?

Тело восстанавливает свою форму не просто из “законопослушности” (мол, есть вот такая сила упругости – так что давай подчиняйся). Если заглянуть вглубь – в прямом и переносном смысле – можно понять истинную причину. Молекулы, из которых состоит тело, стремятся восстановить баланс взаимодействия друг с другом, вернуться в то состояние, в котором были. Именно они заставляют тело восстанавливать свою форму из насильно изменённой (деформированной) в исходную.

А попроще можно?

Сравнить это можно вот с чем. Берём класс и отправляем его в коридор. Ставим первого ученика у стенки, а остальных просим взяться за руки в направлении от стены. Сначала говорим ребятам: “Вставайте, как вам удобно, но только обязательно беритесь за руки и будьте вдоль одной линии”.

Получится что-то вроде вот такого:

Рисунок 1.  Частицы тела (или класс у стенки) в покое и без деформации

Теперь скажем следующее: “Продолжая держаться за руки, дотянитесь до противоположной стены, насколько получится”. Ребята вытягивают руки и растягиваются на весь коридор. Но только вот стоять с поднятыми руками ужасно неудобно. И если бы они могли, они вернулись бы назад, как стояли изначально. Но им сказали “тянуться”, и ребята терпят, а руки держат поднятыми.
Как только команда “тянуться” отменится, ученики поспешат вернуться в удобное для них положение, поближе к друг другу.

Рисунок 2. Частицы тела, когда тело слегка деформируют тем, что растягивают

Теперь даём другую команду: прижаться друг к другу так, чтобы занять как можно меньше места, при этом тоже держась за руки и стоя вдоль одной линии. Ученики кучкуются как можно плотнее, но и так стоять очень неудобно. А ещё Пете не нравится Вася, а его заставляют тереться о него плечом, фу! Ребята будут терпеть подобное, только пока команда “сжаться” не будет отменена и им снова не позволят разойтись по своим местам (и подальше от Васи!).

Рисунок 3. Положение частиц тела, когда тело слегка деформируют тем, что сжимают

И что это значит?

Если на ребят из класса воздействовали законы психологии: насколько им комфортно стоять рядом с другим человеком – то на молекулы и атомы в физических телах влияют законы электромагнитного взаимодействия. У молекул есть свои максимальные и минимальные расстояния, в рамках которых они могут отдаляться и приближаться друг к другу.

И у каждого тела есть своё значение, которое определяет, насколько сильно это тело будет стремиться вернуться в прежнее положение. Это значение называется коэффициентом жёсткости k (или коэффициентом упругости, или коэффициентом Гука). Чем больше этот коэффициент, тем стремительнее будет восстанавливаться пружина.

Анна Бушманова