Ѕаза знаний студента. –еферат, курсова€, контрольна€, диплом на заказ

курсовые,контрольные,дипломы,рефераты

»сследовани€ микромира и микрокосмоса — ‘изика

ѕосмотреть видео по теме –еферата

†ƒ

олгое врем€ казалось, что самое интересное в ‘изике - это исследовани€ микромира и микрокосмоса. »менно там пытались найти ответы на наболее важные, фундаментальные вопросы, объ€сниющие устройство окружающего мира. ј сейчас образовалс€ третий фронт исследований - изучение твЄрдых тел.

†† ѕочему же так важно исследовать твЄрдые тела?

†† ќгромную роль, конечно,† играет сдесь практическа€ де€тельность человека. “вЄрдые тела - это металлы и диэлектрики, без которых немыслима электротехника, это - полупроводники, лежащии в основе современной электроники, магниты, сверх проводники, конструкционные материалы. —ловом, можно утверждать, что научно-технический прогресс в значительной мере основан на использовании твЄрдых тел.

†† Ќо не только практическа€ сторона дела важна при их изучении. —ама внутренн€€ логика развити€ науки - физики твЄрдого тела - привела к пониманию важного значени€ коллективных свойств больших систем.

†† “вЄрдое тело состоит из миллиарда частиц, которые взаимодействуют между собой. Ёто обусловливает по€вление определЄнного пор€дка в системме и особых свойств всего количества микрочастиц.“ак, коллективные свойства эллектронов определ€ют электропроводность твЄрдый тел, а способность тела поглощать тепло - теплоЄмкость - зависит от характера коллективных коллебаний атомов при тепловом движении.  оллективные свойства объ€сн€ют все основные закономерноести поведени€ твЄрдых тел.

†† —труктура твЄрдых тел многообразна. “ем не менее из можно разделить на два больших класса: кристаллы и аморфные тела.

 ристаллы - это твЄрдые тела, атомы или молекулы которых занимают определЄнные, упор€доченные положени€ в пространстве. ѕоэтому кристаллы имеют плоские грани. Ќапример крупинка обычной поваренной соли имеет плоские грани, составл€ющие друг с другом пр€мые углы (рис. 1). Ёто можно заметить, рассматрива€ соль с помощью лупы. —трога€ периодичность в расположении атомов приводит к сохранению пор€дка на больших рассто€ни€х (в таком случае говор€т, что имеетс€ дальний пор€док). ј как геометрически правильна форма снежинки! ¬ ней также отражена геометрическа€ правильность внутреннего строени€ кристаллического твЄрдого тела - льда.

ќднако, правильна€ внешн€€ форма не единственное и даже не самое главное следствие упор€доченного строени€ кристалла. √лавное - это зависимость физических свойств от выбранного в кристалле направлени€. ѕрежде всего бросаетс€ в глаза различна€ механическа€ прочность кристаллов по разным направлени€м. Ќапример кусок слюды легко расслаиваетс€ в одном из направлений на тонкие пластинки, но разорвать его в направлении, перпендикул€рном пластинкам, гораздо труднее. “ак же легко расслаиваетс€ в одном направлении кристалл графита.  огда вы пишете карандашом, такое расслоение происходит непрерывно и тонкие слои графита остаютс€ на бумаге. Ёто происходит потому что кристаллическа€ решЄтка графита имеет слоистую структуру. —лои образованы р€дом параллельных сеток, состо€щих из атомов углерода. јтомы распологаютс€ в вершинах правельных шестиугольников. –ассто€ние между сло€ми сравнительно велико - примерное в два раза больше, чем длина стороны шестиугольника, поэтому св€зи между сло€ми менее прочны, чем св€зи внутри них. ћногие кристаллы по-разному провод€т теплоту и электрический ток в различных направлени€х. ќт направлени€ завис€т и оптические свойства кристаллов. “ак, кристалл кварца по разному преломл€ет свет в зависимости от направлени€ падающих на него лучей.

††† «ависимость физических свойств от направлени€ внутри кристалла называют анизотропией. ¬се кристаллические тела анизотропны.

† ристалическую структуру имеют металлы. »менно металлы преимуществено используютс€ в насто€щее врем€ дл€ изготовлени€ орудий труда, различных машин и механизмов.

† ≈сли вз€ть сравнительно большой кусок металла, то на первый взгл€д его кристалическа€ структура никак не про€вл€етс€ ни во внешнем виде куска ни в его физических свойствах. ћеталлы в обычном состо€нии не обнаруживают анизотропии.

† ƒело здесь в том, что металл обычно состоит из огромного количества сросшихс€ друг с другом кристаликов. ѕод микроскопом или даже с помощью лупы их нетрудно рассмотреть, особенно на свежем изломе металла.—войства каждого кристаллика завис€т от направлени€, но кристаллики ориентированны по отношению друг к другу беспор€дочно. ¬ результате в объЄме, значительно превышающем объЄм отдельных кристалликов все направлени€ внутри металлов равноправны и свойства металлов одинаковы по всем направлени€м.

†† “вЄрдое тело, состо€щее из большого числа маленьких кристалликов, называют монокристаллами.

†† —облюда€ большие предосторожности, можно вырастить металлический кристалл больших размеров - монокристалл. ¬ обычных услови€х поликристаллическое тело образуетс€ в результате того, что начавшийс€ рост многих кристаллов продолжаетс€ до тех пор пока они не приход€т в соприкосновение друг с другом, образу€ единое тело.

††   поликристаллам относ€тс€ не только металлы.  усок сахара, например, также имеет поликристаллическую структуру.

†† Ѕольшинство кристаллических тел - поликристаллы, так как они состо€т из множества сросшихс€ кристаллов. ќдиночные кристаллы - монокристаллы имеют правильную геометрическую форму, и их свойства различны по разным направлени€м (анизотропи€).

†††††††† Ќе все твЄрдые тела - кристаллы. —уществует множество аморфных тел. „ем они отличаютс€ от кристаллов?

” аморфных тел нет строгого пор€дка в расположении атомов. “олько ближайшие атомы - соседи распологаютс€ в некотором пор€дке. Ќо строгой направл€емости по все направлени€м одного и того же элемента структуры, котора€ характерна дл€ кристаллов в аморфных телах, нет.

†† „асто одно и то же вещество может находитьс€ как в кристалическом, так и в аморфном состо€нии. Ќапример, кварц SiO2, может быть как в кристалической, так и в аморфной форме (кремнезем).  ристаллическую форму кварца схематически можно представить в виде решЄтки из привильных шестиугольников. јморфна€ структуракварца также имеет вид решЄтки, но нерпвельной формы. Ќар€ду с шестиугольниками в ней встречаютс€ п€ти и семиугольники.

†† ¬ 1959 г.† английский физик† ƒ. Ѕернал провЄл интересные опыты: он вз€л много маленьких пластилиновых шариков одинакового размера, обвол€л их в меловой пудре и спресовал в большой ком. ¬ результате шарики деформировались в многогранники. ќказалось, что при этом образовывались преимущественно п€тиугольные грани, а многогранники в среднем имели 13,3 грани. “ак что какой-то пор€док в аморфных веществах определЄнно есть.

†† —войства јморфных тел. ¬се аморфные тела изотропны, т.е. их физические свойства одинаковы по всем направлени€м.   аморфным телам относ€тс€ стекло, смола, канифоль, сахарный леденец и др.

†† ѕри внешних воздействи€х аморфные тела обнаруживают одновременно упругие свойства, подобно твЄрдым телам, и текучесть, подобно фидкости. “ак, при кратковременных воздействи€х (ударах) они ведут себ€ как твЄрдые тела и при сильном ударе раскалываютс€ на куски.Ќо при очень продолжительном воздействии аморфные тела текут. ѕроследим за куском смолы, который лежит на гладкой поверхности. ѕостепенно смола по ней растекаетс€, и , чем выше темпереатура смолы, тем быстрее это происходит.

†† јтомы или молекулы аморфных тел, подобно молекулам жидкости, имеют определЄнное врем€ УосЄдлой жизниФ - врем€ колебаний около положени€ равновеси€. Ќо в отличае от жидкостей это врем€ у них весьма велико. “ак, дл€ вара при t = 20oC врем€ УосЄдлой жизниФ 0,1 с. ¬ этом отношении аморфные тела близки к кристаллическим, так как перескоки атомов из одного положени€ равновеси€ в другое происход€т редко.

†† јморфные тела при низких температурах по своим свойствам напоминают твЄрдые тела. “екучестью они почти не обладают, но по мере повышени€ температуры постепенно разм€гчаютс€ и их свойства всЄ более и более приближаютс€ к свойствам жидкостей. Ёто происходит потому, что с ростом температуры† постепенноучащаютс€ перескоки атомов из одного положени€ в другое. ќпределЄнной температуры тел у аморфных тел, в отличае от кристаллических, нет.

† ‘изика твЄрдого тела. „Єловечество всегда использовало и будет использовать твЄрдые тела. Ќо если раньше физика твЄрдого тела отставала от развити€ технологии, основанной на непосредственном опыте, то теперь положение переменилось. “еорретические исследовани€ привод€т к созданию твЄрдых тел, своЄства которых совершенно необычны. ѕолучить такие тела методом проб и ошибок было бы невозможно. —охздание транзисторов, о которых пойдЄт речь в дальнейшем, - €ркий пример того, как понимание структуры твЄрдых тел привело к революции во всей радиотехнике.

†† ѕолучение материаллов с заданными механическими, магнитными, электрическими и другими свойствами - одно из основных направлений современной физики твЄрдого тела.

†† јморфные тела занимают промежуточное положение между кристаллическими твЄрдыми телами и жидкост€ми. »х атомы или моллекулы распологаютс€ в относительном пор€дке. ѕонимание структуры твЄрдых тел (кристаллических и аморфных) позвол€ет† создавать материалы с заданными свойствами.

ƒеформаци€ твЄрдого тела - изменение его формы или объЄма. –аст€ните резиновый шнур за концы. ќчевидно, участки шнура смест€тс€ друг относительно друга; шнур окажетс€ деформированным - станет длиннее и тоньше. ƒеформаци€ возникает всегда, когда различные части тела под действием сил перемещаютс€ неодинаково.

†† Ўнур, после прекращени€ действи€ на него сил, возвращаетс€ в исходное состо€ние. ƒеформации, которые полностью исчезают после прекращени€ действи€ внешних сил называютс€ упругими.  роме резинового шнура, упругие деформации испытывают пружина, стальные шарики при столкновении и т.д.

†† “еперь сожмите кусочек пластилина. ¬ ваших руках он легко примет любую форму. ѕервоначальна€ форма пластилина не восстановитс€ сама собой. ѕластилин Уне помнитФ кака€ форма бы у него сначала. ƒеформации, которые не исчезают после прекращени€ действи€ внешних сил, называютс€ пластическими. ѕластическую деформацию, при небольших, но не кратковременных воздействи€х испытывают воск, клина, свинец.

–ис.2


F1= -F†††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††† F

†† ƒефомаци€ раст€жени€ (сжати€). ≈сли к одному стержню, закреплЄнному одним концом, приложить силу F вдоль оси стержн€ в направлении от этого конца (рис. 2), то стержень подвергнетс€ дефомации раст€щени€. ƒефомацию раст€жени€ характеризуют абсолютным удлиннением.

††††† Dl = l - l0

и относительным удлинением

††††† e = Dl / l0

где l0 - начальна€ длинна, а l - конечна€ длинна стержн€.

†† ƒеформацию раст€жени€ оспытывают тросы, канаты, цепи в подъЄмных устройствах, ст€жки между вагонами и т.д.

†† ѕри малых раст€жени€х (l0<< l), деформации большинства тел упругие.

–ис. 3


†††††††††††††††† F1= -F†††††††††††††††††††††† F

≈сли на тот же стержень подействовать силой F, направленной к закреплЄнному концу (рис. 3), то стержень подвергнетс€ деформации сжати€. ¬ этом случае относительна€ деформаци€ отрицательна: e< 0.

†† ѕрираст€жении или сжатии измен€етс€ площадь поперечного сечени€ тела. Ёто можно обнаружить, если раст€нуть резиновую трубку, на которую предварительно надето металлическое кольцо. ѕри достаточно сильном раст€жении кольцо падает. ѕри сжатии, наоборот, площадь поперечного сечени€ тела увеличиваетс€.

–ис. 4††

††††††††† B††††††††††††††††††††††††† C††† B††††††††††††††††††††††††††††† C†† F

†††††††††† a†††††††††††††††††††††††††††† b††††† a†††††††††††††††††††††††††††††† b

††††††††† c†††††††††††††††††††††††††††† d†††† c††††††††††††††††††††††††††††††† d

†††††††††††††††† ††††††††††††††††††††††††††††g

†††††††† A††††††††††††††††††††††††† D A††††††††††††††††††††††††††† D

†††††††††††††††††††††† a†††††††††††††††††††††††††††††††† b

ƒеформаци€ сдвига. ¬озьмЄм резиновый брусок с начерченными на его поверхности горизонтальнми и вертикальными лини€ми и закрепим на столе (рис. 4, а). —верху к бруску прикрепим рейку и приложим к ней горизонтальную силу (рис. 4, б). —лои бруска ab, cd и др. —двинутс€,оста-ва€сь параллельными, а вертикальные грани, остава€сь плоскими, наклон€тс€ на угол g .

†† ƒеформацию, при которой происходит смещение слоЄв тела друг относительно друга, называют деформацией сдвига.

†† ≈сли силу F увеличить в два раза, то и угол g увеличитс€ в 2 раза. ќпыты показывают, что при упругих деформаци€х угол сдвига g пр€мо пропорцианален модулю F приложенной силы.

†† Ќагл€дно деформацию сдвига можно показать на можели твЄрдого тела, которое состоит из р€да параллельных пластин, соединЄнных между собой пружинами. √оризонтальна€ сила сдвигает пластины друг относительно друга без изменени€ объЄма тела. ” реальных твЄрдых тел при деформации сдвига объЄм также не мен€етс€.

†† ƒеформаци€м сдвига подвержены все балки в местах опор, заклЄпки и болты, скрепл€ющие детали и т.д. —двиг на большие углы может привести к разрушению тела - срезу. —рез происходит при работе ножниц, долота, зубала, зубьев пилы.

†† »згиб и кручение. Ѕолее сложными видами деформации €вл€ютс€ изгиб и кручение. ƒеформацию изгиба испытывает, например, нагруженна€ балка.  ручение происходит при завЄртывании болтов, вращении валов машин, свЄрл и т.д. Ёти деформации свод€тс€ к неоднородному раст€жению или сжатию и неоднородному сдвигу.

†† ¬се деформации твЄрдых тел свод€тс€ к раст€жению (сжатию) и сдвигу. ѕри упругих деформаци€х форма тела восстанавливаетс€, а при пластических не восстанавливаетс€.

† “епловое движение вызывает колебани€ атомов (или ионов), из которых состоит твЄрдое тело. јмплитуда колебаний обычно мала по сравнению с межатомными рассто€ни€ми, и атомы не покидают своих мест. ѕоскольку атомы в твЄрдом теле св€заны между собой, их колебани€ происход€т согласованно, так что по телу с определЄнной скоростью распростран€етс€ волна. ƒл€ описани€ колебаний в твЄрдых телах при низких температурах часто используют представлени€ о квазичастицах - фононах.

†† ѕо своим электронным свойствам твЄрдые тела раздел€ютс€ на металлы, диэлектрики и полупроводники.  роме того, при низких температурах возможно сверхпровод€щее состо€ние, в котором сопротивление электрическому току равно нулю.

–ис. 5††††† ћеталл

††††† e

†† ƒвижение микрочастиц подчин€етс€ законам квантовой механики. ” св€занных электронов, например в атоме, энерги€ может принимать только определЄнные к в а н т о в а н н ы 円 з н а ч е н и €. ¬ твЄрдом теле эти уровни эренгии объедин€ютс€ в зоны, разделЄнные запрещЄнными област€ми энергии (рис. 5). ¬ силу принципа ѕаули электроны не скапливаютс€ на нижнем уровне, а занимают уровни с разными энерги€ми. ¬ результате может оказатьс€, что все уровни энергии в зоне будут полностью заполнены. “акое твЄрдое тело €вл€етс€ диэлектриком. “акое твЄрдое тело €вл€етс€ диэлектриком. »зменить энергию электрона можно только сразу на большую конечную величину (ширину запрещЄнной области, или, как говор€т, энергитической† щели). ѕоэтому электроны в диэлектрике не могут ускор€тьс€ в электрическом поле, и проводимость при нулевой температуре (когда нет тепловых возбуждений) равна нулю(сопротивление бесконечно).

†† ¬ металле, напротив, верхний заполненный уровень энергии лежит внутри зоны, энерги€ электронов может мен€тьс€ почти непрерывно, и элктрическое поле создаЄт ток.  пор€доченное движение электронов вдоль пол€ накладываетс€ на интенсивное хаотическое движение. ћаксимальна€ энерги€ электронов определ€етс€ их конецентрацией. ¬ типичных металлах это величина пор€дка электронвольт. —оответствующа€ такой энергии температура ї 104 ! “ак что даже при абсолютном нуле часть электронов в метале энергично движетс€ и имеет огромную эффективную температуру.

–ис. 6

††††† зона проводимости


†††† запретна€ зона

†††† зона валентности

возбуждение электронов в полупроводнике

†† ѕолупроводник - это тот же диэлектрик, но с малой величиной энергитической щели. “епловое движение может УзабрасыватьФ электроны в свободную зону (она называетс€ зоной проводимости в отличае от заполненной валентной зоны), где они уже ускор€ютс€ электрическим полем (рис. 6). ѕоэтому полупроводники обычно имеют небольшую проводимость, резко завис€щую от температуры.Ќа проводимость полуповодников можно также вли€ть, ввод€ специальные примеси.

†† ѕолупроводниковые кристаллыпозво-л€ют создавать сложные полупроводник-овые приборы, в том числе так называемые интегральные схемы. —ейчас достигнута така€ степень интеграции, что миллионы отдельных элементов умещаютс€ на площади размером в 1 см2! “акое устройство как бы €вл€етс€ единым кристаллом, и новую область техники не зр€ называют твердотельной электроникой.

†† ќгромное значение дл€ современной техники имеют магнитные материалы. јтомы (или часть атомов), из которых состоит магнитное тело, могут обладать магнитным моментом. ≈сли взаимодействие между магнитными моментами велико, то они выстраиваютс€о пределЄннм образом и твЄрдое тело перезодит в ферромагнитное или антифорромагнитное состо€ние.

ћеханические свойства твЄрдых тел.

†† ƒиаграмма раст€жени€. ¬еличина, характеризующа€ сото€ние деформарованного тела, называетс€ маханическим напр€жением. ¬ любом сечении деформированного тела действуют силы упругости,преп€тствующие разрыву этого тела на части. Ќапр€жением или, точнее, механическим напр€жением называют отношение модул€ силы упругости F к площади поперечного сечени€ S тела.

††††††††††††††††††††††† s =F/S

¬ —» за единицу напр€жени€ принимаетс€ 1 ѕа= 1 Ќ/м2, как и дл€ давлени€.

†† ¬ случае сжати€ стержн€ напр€жение аналогично давлению в газах и жидкост€х. ƒл€ исследовани€ деформации раст€жени€ стержень при помощи специальных устройствподвергают раст€жению, а затем измер€ют удлинение образца и возникающее в нЄм напр€жение. ѕо результатам опытов вычерчивают график зависимости напр€жени€ s от относительного удлинени€ e, получивший название диаграммы раст€жени€.

†† «акон √ука. ќпыт показывает: при малых деформаци€х напр€жение s пр€мо пропорцианальноотносительно относительному удлинению e (участок OA диаграммы). Ёта зависимость, называема€ законом √ука, записываетс€ так:

††††††††††††††††††††††† s = E |e|††††††††††††††††††††††††††††††††† (1)

† ќтносительное удлинение e в формуле (1) вз€то по модулю, так как закон √ука справедлив как дл€ деформации раст€жени€, так и дл€ деформации сжати€, когда e < 0.

††  оэффицент пропорцианальности E, âõîäÿùèé в закон √ука, называетс€ модулем упругости или модулем ёнга. ћодуль ёнга предел€ют по формуле (1), измер€€ напр€жение s и относительное удлинение e при малых деформаци€х.

†† ƒл€ большинства широко распространЄнных мытериалов модуль ёнга определЄн экспериментально. “ак, дл€ хромоникелевой стали E=2,1×1011 ѕа, а дл€ аллюмини€ E=7×1010 ѕа. „ем больше модуль ёнга, тем меньше деформиретс€ стержень при прочих равных услови€х (одинаковых F,S,l0). ћодуль ёнга характеризует сопротивл€емость материала упрогой деформации раст€жени€ или сжати€.

†† «акон √ука, записанный в формуле (1), легко привести к виду, известному из курса физики IX класса.

†† ƒействительно, подставив в формулу (1) s = F/S и e = |Dl|/l0 , получим:

††††††††††††††††††††††† F/S=E × |Dl|/l0

ќтсюда

††††††††††††††††††††††† F = SE/l0 × |Dl|.††††††††††††††††††††††† (2)

ќбозначим

††††††††††††††††††††††† SE/l0=k, тогда

††††††††††††††††††††††† F=k|Dl |.††††††††††††††††††††††††††††††††† (3)

†† “аким образом, жесткость k стержн€ пр€мо пропорцианальна произведению модул€ ёнга на площадь поперечного сечени€ стержн€ и обратно пропорцианальна его длине.

†† ѕределы пропорцианальности и упругости. ћы уже говорили,что закон √ука выполн€етс€ при небольших деформаци€х, а следовательно, при напр€жени€х, не превосход€щих некоторого предела. ћаксимальное напр€жение sп (см. –ис. 7), при котором ещЄ выполн€етс€ закон √ука, называют пределом пропорцианальности.

†† ≈сли увеличивать нагрузку, то деформаци€ становитс€ нелинейной, напр€жение перестанет быть пр€мо пропорциальным относительному удлинению. “ем не менее при небольших нелинейных деформаци€х после сн€ти€ нагрузки форма и размеры тела практически восстанавливаютс€. ћаксимальное напр€жение, при котором ещЄ не возникают заметные остаточные деформации(относительна€ остаточна€ деформаци€ не превышает 0,1%), называют пределом упругости sуп. ѕредел упругости превышает предел пропорциональности лишь на сотые доли процента.

–ис. 7

†† d

†††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††† E

dпч†††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††† K

††††††††††††††††††††††††† C†††† D

dуп

††††††††††††††† B

†dп †††††††A

†† O††††† Q††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††† P††††† e

†† ѕредел прочности. ≈сли внешн€€ нагрузка такова, что напр€жение в материале превышает предел упругости, то после сн€ти€ нагрузки образец, хо€т немного и укорачиваетс€, но не принемает прежних размеров, а остаЄтс€ деформированным.

†† ѕо мере увеличени€ нагрузки деформаци€ нарастает всЄ быстрее и быстрее. ѕри некотором значении напр€жени€ , соответствующем на диаграмме точке C, удлинение нарастает практически без увеличени€ нагрузки. Ёто €вление называют текучестью материала (участок CD).  рива€ на диграмме идЄт пир этом почти горизонтально. ƒалее с увеличением деформации крива€ напр€жений начинает немного возрастать и достигает максимума в точке E. «атем напр€жение резко спадЄт и образец нарушаетс€ (точка K). “аким образом, разрыв происходит после того, как напр€жение достигает максимального значени€ sпч, называемого пределомпрочности (обрзец раст€гиваетс€ без увеличени€ внешней нагрузки вплоть до разрушени€). Ёта величина зависит от материала образца и качества его обработки.

†† —ооружени€ или конструкции надЄжны, если возникающие в них при эксплуатации напр€жени€ в несколько раз меньше предела прочности.

†† »сследовани€ раст€жени€ (сжати€) твЄрдого тела позвол€ют установить, от чего зависит коэффицент жесткости в законе √ука. ƒиаграмма раст€жени€, полученна€ экспериментально, даЄт достаточно полную информацию о механических свойствах материала и позвол€ет оценить его прочность.

††††††††††† ѕластичность и ’рупкость.

†† ”пругость. “ело из любого материала при малых деформаци€х ведЄт себ€, как упругое. ≈го размеры и форма восстанавливаютс€ при сн€тии нагрузки. ¬ то же врем€ все тела в той или иной мере могут испытывать пластичиские деформации.

†† ћеханические свойства материалов разнообразны. “акие материалы, как резина или сталь обнаруживают упругие свойства при сравинительно больших напр€жени€х и деформаци€х. ƒл€ стали, например, закон √ука выполн€етс€ вплоть до e = 1%, а дл€ резины - до дес€тков процентов. ѕоэтому такие материалы называют упругими.

†† ѕластичность. ” мокрой глины, пластилина или свинца область упругих деформаций мала. ћатериалы, у которых незначительные нагрузки вызывают пластические деформации, называют пластичными.

†† ƒеление материалов на упругие и пластичные в значительной мере условно. ¬ зависимостиот возникающих напр€жений один и тот же материал будет вести себ€ или как упругий, или как пластичный. “ак, при очень больших напр€жени€х сталь обнаруживает пластичные свойства. Ёто широко используют при штамповке стальных изделий с помощью пресса, создоющего огромную нагрузку.

†† ’олодна€ сталь или железо с трудом поддаютс€ ковке молотом. Ќо после сильного нагрева им легко придать посредствам ковки любую форму. —винец пластичный и при комнатной температуре, но приобретает €рко выраженные упругие свойства, если его охладить до температуры ниже -100 C0.

†† ’рупкость. Ѕольшое значение на приктике имеет свойство твЄрдых тел, называемое хрупкостью. ћатериал называют хрупким, если он разрушаетс€ при небольших деформаци€х. »здели€ из стекла и форфора крупкие, так как они разбиваютс€ на куски при падении на пол даже с небольшой высоты. „угун, мрамор, €нтарь также обладают повышенной хрупкостью, и, наоборот, сталь, медь, свинец не €вл€ютс€ хрупкими.

†† ” всех хрупких материалов напр€жение очень быстро растЄт с увеличением деформации, они разрушаютс€ при весьма малых деформаци€х. “ак, чугун разрушаетс€ при относительном удлинении e ї 0,45%. ” стали же при e ї 0,45% деформаци€ остаЄтс€ упругой и разрушение происходит при e ї 15%.

†† ѕластичные свойства у хрупких материалов практически не про€вл€ютс€.

††

†† ƒаны более или менее точные определени€ упругости, пластичности и хрупкости материалов. ћы теперь лучше представл€ем, что обозначают эти слова, нередко встречающиес€ в обиходной жизни.

ѕ–»ћ≈– –≈Ў≈Ќ»я «јƒј„

1. †ѕлуг сцеплен с трактором стальным тросом. ƒопустимое напр€жение материала троса s = 20 √ѕа.  акой должна быть площадь поперечного сечени€ троса, если сопротивление почвы движению плуга равно1,6×105 H?

ƒано: †††††††††††—и:††† †† ††††–ешение:

F = 1,6×105Ќ††††† ††††††† ††††††††††† ††††S = F/s

s = 20 √ѕа† 20 000 000 000 S = 1,6/200000=8×10-6

†††††††††††††††††††††††††††††† ††††††††††††††††S = 8×10-6

S - ?

2.  аким должен быть модуль силы, приложенной к стержню вдоль его оси, чтобы в стержне возникло напр€жение 1,5×108 ѕа? ƒиаметр стержн€ равен 0,4см.

ƒано:†††††††††††† –ешение:

d = 0,0004м.†† S = p×R2=p×(d/2)2=p×(0,0002)2=p×(0,00000004)= p×4×10-8;

s = 1,5×108ѕа F = s×S;

F - ?†††††††††††††††† F = 1,5×108×p×4×10-8= 6p

3. † акое напр€жение возникает у основани€ кирпичной стены высотой 20м ?† ѕлотность кирпича равна 1800 кг/м2. ќдинаковой ли должна быть прочность кирпичей у основани€ стены и в верхней еЄ части?


ƒано:††††††††††††† –ешение:

gї10†††††††††††††††† s = F/S;

h0=0솆†††††††††† ††† F = mg = hspg;

h1=20솆†††††††† ††† s = hSpg/S = hpg;

r=1800кг/см3†† s1 = h1pg ї 20×1800×10 ї 360000 ї 360 кѕа;

†††††††††††††††††††††††† s2 = h0pg ї 0×1800×10 = 0 ѕа.

s1 - ?

ќтвет: 1) напр€жение у основани€ стены ї 360 кѕа.

††††††††††† ††††††† 2) неодинаковое, т.к. в верхней части напр€жение нулевое.

4.  акую наименьшую длину должна иметь свободно подвешенна€ за один конец стальна€ проволока, чтобы она разорволась под действием силы т€жести? ѕредел прочности стали равен 3,2×108 ѕа, плотность - 7800кг/м3.


ƒано:†††††††††††††††††††††††† –ешение:

s = 3,2×108 ѕа†††††††††† F = mg = rlsg;

r = 7800 кг/м3††††††††† s = F/S;

g ї 10†††††††††††††††††††††††† F = s×s

††††††††††††††††††††††††††††††††††† rlsg = s×s | :s

l - ?†††††††††††††††††††††††††††† rlg = s;

††††††††††††††††††††††††††††††††††† l = s/rg = 3,2×108/7800×10 = 3,2×105/78 см.

5. ѕод действием силы 100Ќ проволока длиной 5м и площадью поперечного сечени€ 2,5 мм2 удлинилась на 1мм. ќпределите напр€жение, испытываемое проволокой, и модуль ёнга.


ƒано:†††††††††††† —и:††††††††††††††††† –ешение:

F = 100Ќ††††††††††††††††††††††††††††††† s = F/S

l0 = †5솆†††††††††††††††††††††††††††††††† s = 100/0,0000025 = 40000000 = 4×107 ѕа;

S = 2,5мм2†††† 0,0000025м2 E = (F×l0)/(S×|Dl|) = (100×5)/(0,0000025×1) =

Dl = 1м솆††††††††††††††††††††††††††††† †† = 500/0,0000025 = 200000000 = 2×108 ѕа;

†††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††††

s - ?

E - ?

ќтвет: s = 4×107; E = 2×108.

6. ∆елезобетонна€ колонна сжимаетс€ силой F. ѕолога€, что модуль ёнга бетона Eб составл€ет 1/10 модул€ ёнга железа ≈ж, а площадь поперечного сечени€ железа составл€ет 1/20 площади поперечного сечени€ бетона. Ќайти, кака€ часть нагрузки приходитс€ на бетон.


ƒано:†††††††††††† –ешение:

F††††††††††††††††††††† F = s×S = E×|e|×S

Eб = 1/10×≈憆† Fб = ≈б×e×Sб;

Sж = 1/20×Sᆆ†† Fж = ≈ж×e×Sж;

††††††††††††††††††††††† Fб/Fж = (≈б×e×Sб)/ (10≈б×e×1/20×Sб) = 2

Fб/Fж - ?

ќтвет: 2

†† „ем сложнее устроено твЄрдое тело, тем труднее вы€вить коллективные эффекты. ќсобенно сложно устроены органические твЄрдые тела, хот€ и в них имеетс€ определЄнна€ структура.  ак именно возникает сдесь упор€дочение, к каким коллективным свойствам оно приводит - на эти вопросы науке ещЄ предстоить ответить. Ќо €сно, что именно на этом пути лежит ключ к понимаю тайн живой природы.

—писок литературы:

-У‘изика XФ (√.я. ћ€кишев, Ѕ.Ѕ. Ѕуховцев) 1990г.

-УЁнциклопедический словарь юного физикаФ(¬.ј.„у€нов) 1984г.

†ƒ олгое врем€ казалось, что самое интересное в ‘изике - это исследовани€ микромира и микрокосмоса. »менно там пытались найти ответы на наболее важные, фундаментальные вопросы, объ€сниющие устройство окружающего мира. ј сейчас образовалс

 

 

 

¬нимание! ѕредставленный –еферат находитс€ в открытом доступе в сети »нтернет, и уже неоднократно сдавалс€, возможно, даже в твоем учебном заведении.
—оветуем не рисковать. ”знай, сколько стоит абсолютно уникальный –еферат по твоей теме:

Ќовости образовани€ и науки

«аказать уникальную работу

ѕохожие работы:

‘изика подкритического €дерного реактора
ѕродольный магнитооптический эффект ‘араде€
јтомна€ энергетика, проблемы развити€ и принцип действи€
’аос, необратимость времени и брюссельска€ интерпретаци€ квантовой механики
ƒвойное лучепреломление электромагнитных волн
ќтветы на экзаменационные вопросы по физике: 9 класс
ѕодшипники качени€ и скольжени€
“вердое тело
–адиационный режим в атмосфере
ѕолучение сверхчистых материалов дл€ микроэлектроники

—вои сданные студенческие работы

присылайте нам на e-mail

Client@Stud-Baza.ru