Деформація зрушення, розтягування, стиснення, кручення, вигин

Деформація зсуву, кручення, вигину - це зміна обсягу і форми тіла при впливі на нього додаткового навантаження. При цьому змінюються відстані між молекулами або атомами, що призводять до появи сил пружності. Розглянемо основні види деформацій і їх характеристики.

Стиснення і розтягування

Деформація розтягу пов'язана з відносним або абсолютним подовженням тіла. Як приклад можна привести однорідний стрижень, який закріплений з одного кінця. При додатку уздовж осі сили, що діє в протилежному напрямку, спостерігається розтягування стрижня.

Сила ж, що прикладається у напрямку до закріпленого кінця стрижня, призводить до стиснення тіла. У процесі стиснення або розтягування відбувається зміна площі перетину тіла.

Деформація розтягу - це зміни стану об'єкта, що супроводжуються зміщенням його верств. Даний вид можна проаналізувати на моделі твердого тіла, що складається з паралельних пластин, які між собою з'єднані пружинками. За рахунок горизонтальної сили здійснюється зрушення пластин на якийсь кут, обсяг тіла при цьому не змінюється. У разі пружних деформацій між силою, прикладеною до тіла, і кутом зсуву виявлена прямо пропорційна залежність.

деформація вигину

Розглянемо приклади деформації даного виду. У разі вигину, опукла частина тіла піддається деякому розтягування, а увігнутий фрагмент стискається. Усередині тіла, яке зазнає даного варіанту деформації, є шар, який не відчуває ні стиснення, ні розтягування. Його прийнято називати нейтральним ділянкою тіла, що деформується. Поблизу нього можна зменшити площу тіла.

У техніці приклади деформації даного типу використовують для економії матеріалів, а також для зменшення ваги конструкцій, що зводяться. Суцільні бруси і стрижні замінюють трубами, рейками, двотавровими балками.

деформація крутіння

Ця поздовжня деформація є неоднорідним зрушенням. Вона виникає при дії сил, спрямованих паралельно або протилежно на стрижень, у якого закріплений один кінець. Найчастіше складним деформацій піддаються різні деталі та механізми, що застосовуються в конструкціях і машинах. Але завдяки поєднанню кількох варіантів деформацій, істотно полегшується обчислення їх властивостей.

До речі, в процесі суттєвої еволюції кістки птахів і тварин взяли трубчастий варіант будови. Така зміна сприяло максимальному зміцнення скелета при певній масі тіла.

Деформації на прикладі організму людини

Тіло людини піддається серйозним механічних навантажень від власних зусиль і ваги, що з'являються в міру фізичної діяльності. Взагалі, деформація (зрушення) характерна для людського організму:

Стиснення відчуває хребет, покриви ступень, нижні кінцівки.
Розтягування піддаються зв'язки, верхні кінцівки, м'язи, сухожилля.
Вигин характерний для кінцівок, кісток тазу, хребців.
Кручені піддається під час повороту шия, при обертанні її відчувають кисті рук.

Але при перевищенні показників граничного напруження, можливий розрив, наприклад кісток плеча, стегна. У зв'язках ж тканини з'єднуються настільки еластично, що допускається розтягування їх в два рази. До речі, деформація зсуву пояснює всю небезпеку пересування жінок на високих підборах. Вага тіла буде переноситися на пальці, що призведе до підвищення навантаження на кістки в два рази.

За результатами медичних оглядів, проведених в школах, з десяти дітей лише одного можна вважати здоровим. Як деформації пов'язані з дитячим здоров'ям? Зрушення, кручення, стиснення - основні причини порушення постави у дітей і підлітків.

Міцність і деформації

Незважаючи на різноманіття живого і неживого світу, на створення людиною численних матеріальних об'єктів, у всіх навчальних предметів і живих істот є загальна властивість - міцність. Під нею прийнято розуміти здатність матеріалу зберігатися протягом тривалого часового проміжку без видимих руйнувань. Існує міцність конструкцій, молекул, споруд. Ця характеристика доречна для кровоносних судин, людських кісток, цегляної колони, скла, води. Деформація зсуву - варіант перевірки споруди на міцність.

Застосування різних видів деформацій людиною має глибоке історичне коріння. Все починалося з бажання з'єднати між собою палицю і гострий наконечник, щоб полювати на древніх тварин. Уже в ті далекі часи людини цікавила деформація. Зрушення, стиснення, розтягнення, вигин допомагали йому створювати житла, знаряддя праці, готувати їжу. У міру розвитку техніки людству вдалося використати різні види деформацій так, щоб вони приносили вагому користь.

закон Гука

Математичні розрахунки, необхідні в будівництві, техніці, дозволили застосовувати закон Гука для деформації зсуву. Формула показувала прямий зв'язок між силою, що прикладається до тіла, і його подовженням (стисненням). Гук використав коефіцієнт жорсткості, показуючи зв'язок між матеріалом і можливістю його деформації.

У міру розвитку і вдосконалення технічних засобів, апаратів і приладів, розробки теорії опору, були проведені серйозні дослідження пластичності та пружності. Результати проведених фундаментальних експериментів стали застосовувати в будівельній техніці, теорії споруд, теоретичної механіки.

Завдяки комплексному підходу до проблем, пов'язаних з різними видами деформації, вдалося розвинути будівельну галузь, здійснювати профілактику правильної постави у підростаючого покоління країни.

висновок

Деформації, що розглядаються в курсі шкільної фізики, впливають на процеси, що відбуваються в живому світі. В організмах людини, тварин постійно відбувається кручення, вигин, розтягнення, стиснення. І для того щоб здійснювати своєчасну і повноцінну профілактику проблем, пов'язаних з поставою або надлишковою вагою, медики використовують залежності, виявлені фізиками при проведенні фундаментальних досліджень.

Наприклад, перш ніж здійснювати протезування нижніх кінцівок, виконується детальний розрахунок максимального навантаження, на яку він повинен бути розрахований. Протези підбираються для кожної людини індивідуально, так як важливо врахувати вагу, ріст і рухливість останнього. При порушеннях постави застосовують спеціальні корекційні пояса, засновані на використанні деформації зсуву. Сучасна реабілітаційна медицина не змогла б існувати без використання фізичних законів і явищ, в тому числі і без урахування закономірностей різних видів деформацій.