§ 27. Сила пружності
Поміркуйте
У попередньому параграфі ми ознайомилися з пружністю і пружними тілами. Після припинення на них дії інших тіл пружні тіла повертаються в початковий стан. Що змушує їх це робити?
Пригадайте
Розгляньте іграшки. Поміркуйте, яка спільна властивість притаманна цим тілам? (Відповідь на звороті картки.)
Пружність!
Сила пружності
Що відбувається з пружиною, коли ви стискаєте її рукою? Так, вона стискається.
А що відбудеться з пружиною після припинення дії руки на неї? Вона повернеться в початковий стан.
Ми побачили, що частини нерухомої до певного моменту стиснутої пружини починають рухатися. Утім, ви вже знаєте, що рух тіла починається внаслідок дії на нього інших тіл. Але ж пружина починає розпрямлятися сама по собі, без видимої зовнішньої дії на неї. Отже, це відбувається не внаслідок взаємодії з іншими тілами, а через дію одних частин пружини на інші.
Сила, що виникає між частинами пружини й повертає її в початковий стан, отримала назву сила пружності.
Слід зазначити, що сила пружності належить до контактних сил, що виникають унаслідок безпосереднього зіткнення тіл. А от сила тяжіння, що може діяти на відстані, належить до безконтактних сил, для появи яких не потрібен контакт тіл. Наприклад, Місяць притягується до Землі силою тяжіння, а от взаємодіяти з нею силою пружності він не може.
Завдання 1
Куди спрямована сила пружності?
Для відповіді на це запитання виконаємо дослід.
Закріпимо на горизонтальному стрижні пружину, як показано на малюнку а.
Потім підвісимо до неї тягар (мал. б). Через дію сили тяжіння на тягар пружина розтягується, а деформація пружини буде спрямована вниз. Одночасно пружина буде діяти на тягар силою пружності, яка спрямована вгору (мал. в).
Отже, сила пружності виникає в тілах під час їхньої пружної деформації й спрямована в бік, протилежний деформації.
Завдання 2
Як залежить сила пружності від величини деформації?
Щоб відповісти на це запитання, виконаємо дослід.
До розташованої на горизонтальному стрижні пружини будемо послідовно підвішувати різну кількість однакових тягарців.
Коли тягарці стають нерухомі, це означає, що сила тяжіння, яка діє на них униз, дорівнює силі пружності, яка діє на тягарці вгору. Збільшуючи кількість тягарців у два, три або більше разів, ми збільшуємо в таку ж кількість разів силу тяжіння, а відповідно, і силу пружності.
Після підвішування одного тягарця пружина видовжилася на відстань l.
Після підвішування двох тягарців — на вдвічі більшу відстань (2l).
Після підвішування трьох тягарців — на втричі більшу відстань (3l) і так далі.
Тобто у скільки разів збільшується деформація пружини, у стільки ж разів збільшується сила пружності. Слід зазначити, що це правило буде діяти, лише поки пружина зазнає пружних деформацій.
Зі збільшенням пружної деформації пружини під дією зовнішньої сили пропорційно буде збільшуватися й сила пружності.
Завдання 3
Як людина використовує силу пружності?
Пружні тіла, а отже, й силу пружності, широко застосовують у побуті, на транспорті та виробництві.
Завдання 4 (дослідження)
Виготовлення пружини (самостійно або разом із дорослими)
Візьміть шматок дроту (або попередньо розігнуту канцелярську скріпку для паперу) й намотайте на олівець. Зніміть з олівця отриману пружину й дослідіть її властивості.
Зробіть малюнок і запишіть результати ваших досліджень.
Як використовують пружини для вимірювання сил?
Оскільки пружина розтягується пропорційно силі, що її розтягує, то за величиною деформації пружини можна виміряти прикладену до неї силу. Тому пружини використовують у приладах для вимірювання сили — динамометрах.
На шкалу динамометра наносять позначки, що відповідають певним значенням сили в ньютонах. Прикладаючи до динамометра певну силу, ми розтягуємо пружину, а на шкалі відображується значення вимірюваної сили.
За зовнішнім виглядом динамометри можуть відрізнятися, але основою конструкції всіх цих приладів є пружина.
Завдання 5
Підсумуємо
Завдання 6
Завдання 7
Ключова ідея
Сила, що діє між частинами пружини й повертає її в початковий стан, отримала назву сили пружності. Сила пружності виникає в тілах під час їхньої пружної деформації й спрямована в бік, протилежний деформації.
Зі збільшенням пружної деформації пружини під дією зовнішньої сили пропорційно збільшується й сила пружності.
Людство використовує дію сили пружності від іграшок до потужного транспорту й виробничого обладнання.
Залежність величини деформації пружин від сил, що до них прикладені, використовують у вимірювальних приладах — динамометрах.
Запитання для повторення й засвоєння
1. Що ми називаємо силою пружності?
2. У яких тілах може виникати сила пружності? Наведіть приклади.
3. Що треба зробити з тілом, щоб у ньому виникла сила пружності?
4. Як залежить сила пружності від величини деформації?
5*. Як виміряти силу за допомогою динамометра?
6*. 1933 року випускник Харківського автомобільного технікуму конструктор Семен Речицький побудував цирковий атракціон «Людина-снаряд». У ньому з гармати «вистрілювали» артистом, який пролітав під куполом цирку 14 метрів. Глядачі не здогадувалися, що артистів викидали з гармати не порохові гази. Поміркуйте, на чому ґрунтувалася дія цього атракціону.