Чому ж так важливо досліджувати тверді тіла

Модель будови твердих тіл. Механічні властивості твердих тіл. Закон Гука.

Довгий час здавалося, що найцікавіше у фізиці - це дослідження мікросвіту і мікрокосмосу. Саме там намагалися знайти відповіді на найбільш важливі, фундаментальні питання, що пояснюють устрій навколишнього світу. А зараз утворився третій фронт досліджень - вивчення твердих тіл.

Чому ж так важливо досліджувати тверді тіла?

Величезну роль, звичайно, грає тут практична діяльність людини. Тверді тіла - це метали і діелектрики, без яких немислима електротехніка, це - напівпровідники, що лежать в основі сучасної електроніки, магніти, провідники, конструкційні матеріали. Словом, можна стверджувати, що науково-технічний прогрес значною мірою заснований на використанні твердих тіл.

Більшість речовин в помірному кліматі Землі знаходяться в твердому стані. Тверді тіла зберігають не тільки форму. але і обсяг. Структура твердих тіл різноманітна. За своїми фізичними властивостями і молекулярній структурі тверді тіла поділяються на два класи - аморфні і кристалічні.

Дослідження внутрішньої будови твердих тіл, їх кристалічну структуру має велике практичне значення. Воно дозволяє створювати штучні матеріали, що володіють найрізноманітнішими механічними властивостями.

Кожна деталь в конструкції машин і механізмів при їх експлуатації відчуває певне навантаження і повинна володіти необхідною для цього міцністю.

В одних випадках важливо досліджувати пружність матеріалу, тобто здатність зразка відновлювати свою форму після припинення дії сили. Пружністю, наприклад, повинні володіти пружини, ресори, прокладки. При виготовленні різних інструментів (наприклад, різців, фрез, зубил) потрібна підвищена твердість матеріалу - його здатність зберігати форму при великих навантаженнях.

У твердих тілах - аморфних і кристалічних - частинки (молекули, атоми, іони) здійснюють теплові коливання біля положень рівноваги, в яких енергія їх взаємодії мінімальна. При збільшенні відстані між частинками виникають сили тяжіння, а при зменшенні - сили відштовхування. Сили взаємодії між частинками обумовлюють механічні властивості твердих тіл.

Зовнішнє механічний вплив на тіло викликає зміщення атомів з рівноважних положень і призводить до зміни форми і об'єму тіла, т. Е. До його деформації.

Деформація твердого тіла є результатом зміни під дією зовнішніх сил взаємного розташування частинок, з яких складається тіло, і відстаней між ними.

Існує кілька видів деформацій твердих тіл. Деякі з них представлені на малюнку

Деякі види деформацій твердих тіл: 1 - деформація розтягування; 2 - деформація зсуву; 3 - деформація всебічного стиснення

Деформації зрушення схильні заклепки, болти. Деформацію вигину можна звести до нерівномірного розтягування і стиснення, такої деформації схильні до балки, опори, мости. Деформацію крутіння розглядають як неоднорідний зрушення (вали машин, гвинти).

Найпростішим видом деформації є деформація розтягування або стиснення. Її можна характеризувати абсолютним подовженням # 916; l, що виникають під дією зовнішньої сили. Зв'язок між # 916; l і F, яка прикладена до тіла, залежить не тільки від механічних властивостей речовини, але і від геометричних розмірів тіла (його товщини і довжини).

Ставлення абсолютного подовження # 916; l до первісної довжині l зразка називається відносним подовженням або відносною деформацією # 949 ;: