Пружна деформація. Теорія пружності

Вплив зовнішніх сил на яке-небудь тіло приводить до самих різних наслідків. Об`єкт впливу може отримати прискорення і почати рух. У процесі руху або в стані спокою всередині нього можуть відбутися певні зміни, які отримали назву «деформація».

Саме слово «деформація» походить від латинського deformatio, що означає «спотворення». Під цим поняттям прийнято на увазі процес, внаслідок якого відбувається зміна взаємного положення частинок тіла, тобто самі частки переміщаються відносно один одного. Деформація як результат зміни відстані міжатомних відстаней призводить до перегрупування блоків атомів. Найчастіше вона пов`язана із зміною величин міжатомних сил. Мірою деформації є механічне напруження. Внаслідок деформування тіло може отримати сліди дії, які залишаються, а може і відновлюватися, набуваючи колишній стан, який був у нього до зовнішнього впливу.

Якщо тіло відновлює свою форму, то даний вид деформації називається пружною. Пружна деформація, як каже спеціалізована література, це деформація, яка зникає після того, як дія зовнішніх сил припиняється. Тіло набуває колишню форму, його розміри відновлюються.

Дане визначення взято з розділу фізики, вивчає пружні деформації, який називають теорією пружності. Пружна деформація володіє відмінною властивістю: її величина не має залежності від передісторії, механічні напруги є її першопричиною. Іншими словами, вона цілком визначається і залежить від механічних напружень. У більшості речовин ця залежність з високою точність вважається прямий пропорційністю. Пружна деформація строго підпорядковується певним фізичному закону, він ще відомий як закон Гука. Максимальна напруга, при якому закон пружної деформації зберігає справедливість, називають межею пропорційності.

Деякі матеріали (каучуки, метали) володіють винятковою властивістю витримувати значні показники пружної деформації, для інших речовин (пресовані матеріали, кераміка) зовсім незначна деформація пружної бути не може. Максимальне механічне напруження, деформація при якому ще підпадає під визначення, прийнято називати межею плинності. Подолавши цю величину, пружна деформація переростає в пластичну.

Завдяки деформації, що має властивості пружною і періодично повторюється, спостерігається явище, що отримало назву пружних коливань. Коли ж пружні коливання починають поширюватися, то це явище називають пружними хвилями.

Розглядаючи пружну деформацію, не варто забувати, що пружно деформоване тіло володіє певним запасом енергії. Енергія пружної деформації відноситься до виду енергій положення або, іншими словами, є потенційною. Пружно деформоване тіло здатне виконати певну роботу, відновлюючи своє колишнє стан. В ідеальному випадку величина цієї роботи дорівнює величині роботи, витраченої на процес деформування.

Завдяки своїм властивостям пружна деформація знаходить широке поширення в практичному житті людини. Величезне значення в самих різних механічних пристроях має використання деталей, функціонування яких безпосередньо залежить від їхньої здатності пружно деформуватися. Одні з них накопичують енергію, наприклад, заводна пружина в механічному годиннику, інші пом`якшують вплив зовнішніх сил на пристрій (амортизатори, ресори).

У процесі створення різних механізмів було відмічено, що на властивість пружно деформуватися впливає не тільки те, з якого матеріалу виготовлена та чи інша деталь, але і те, який процес обробки вона пройшла.