ПОЧЕМУ НЕ РАССЫПАЮТСЯ ТВЁРДЫЕ ТЕЛА
|
П |
Очему твёрдые тела не рассыпаются? Почему атомы внутри кристалла располагаются на определённых расстояниях друг от друга? Объясняется это тем, что между атомами в кристаллах действуют силы взаимного притяжения и отталкивания (силы взаимодействия). Стоит лишь немного изменить расстояние между атомами, как изменится и их взаимодействие.
Частицы в твёрдом теле всегда располагаются на таком расстоянии одна от другой, при котором сила взаимодействия между ними оказывается равной нулю, т. е. сила притяжения и сила отталкивания уравновешивают друг друга. Если частицы сблизить, увеличивается сила отталкивания, стремящаяся возвратить их в прежнее положение. И наоборот, при попытке отдалить частицы одну от другой увеличится сила притяжения. Силы притяжения и отталкивания между атомами в кристаллах имеют электрическую природу *).
Согните слегка стальную линейку. Под действием вашей силы она изменит свою форму. В результате расстояния между атомами изменятся, и в кристаллах стали проявятся силы взаимодействия атомов. Сгибая линейку, мы ощущаем, как эти силы сопротивляются изгибу.
Всякое изменение формы и размеров тела, в том числе и изгиб прямой линейки, называется деформацией. При деформации тело испытывает действие двух сил — внутренних и внешних. Внутренними называются междуатом- иые силы, проявляющиеся при деформации. А силы, например, наших рук, действующие на линейку извне, называются внешними.
*) Подробнее об этом см. научно-популярную брошюру Гостех - нздгта проф. А. И. Китайгородского «Кристаллы».
Все твёрдые тела под действием внешних сил в той или иной степени изменяют свою форму. Деформация твёрдых тел встречается на каждом шагу. Например, растягиваются, хотя и незаметно для невооружённого глаза, тросы подъёмника под тяжестью груза. Сжимаются шатуны автомобильного двигателя под давлением газов, толкающих поршень. Кирпичи в стенке сжимаются под тяжестью вышележащих частей здания. Давление пресса сдвигает слои металла в стальной ленте. Под напором воды, вращающей рабочее колесо турбины, скручиваются вал гидрогенератора и карданный вал, передающий мощность
|
Рис. 1. Простейшие виды деформации. |
Двигателя ведущим колёсам автомобиля. Изгибаются рессоры грузовика под действием веса автомобиля и лежащего в кузове груза. Под давлением резца изгибается вал при обточке его на токарном станке.
Детали машин и сооружений подвергаются самым разнообразным, подчас очень сложным деформациям. Но подобно тому, как любое число, можно написать, пользуясь различными сочетаниями десяти цифр, так и самое сложное изменение формы тела можно представить себе как сумму нескольких простых деформаций. Простыми деформациями являются: растяжение, сжатие, сдвиг, кручение и изгиб (рис. 1). Всякая простая деформация представляет собой то или иное сочетание двух основных деформаций: линейного удлинения или укорочения и углового сдвига. В этом можно убедиться на простом опыте.
Возьмём полоску резины и нанесём на неё несколько точек (рис. 2, вверху). Растянем полоску. Образованный точками квадрат превратился в прямоугольник (рис. 2, внизу). Это произошло потому, что в продольном направлении материал испытывает удлинение, а в поперечном — укорочение.
Обратите теперь внимание на два наклонных ряда, отмеченных буквами АБ и ВГ. До деформации точки этих
|
|
|
Рис. 2. Растяжение полосы вызывает удлинение в продольном направлении, укорочение в поперечном и деформацию сдвига по наклонным направлениям. О наличии деформации сдвига свидетельствует превращение прямого угла в острый. |
Рядов располагались, как видно из рисунка, в шахматном порядке. Растяжение нарушило этот порядок: ряды сдвинулись один относительно другого в направлении, указанном на нижнем рисунке стрелками.
На верхнем рисунке видно, что угол между диагоналями квадрата прямой. После деформации он превратился в острый. По изменению этого угла судят о величине деформации сдвига. Чем эолыпе сдвиг, тем сильнее меняется угол. Заметим, что прямые углы между горизонтальными и вертикальными рядами при деформации не изменились, потому что ни в продольном, ни в поперечном направлениях сдвига нет.
Независимо от того, как деформируется деталь машины или сооружения — скручивается она или растягивается, сжимается или изгибается,— материал детали будет испытывать не только удлинения или укорочения, но и сдвиги. Эти две основные деформации всегда сопутствуют друг Другу.
