Почему твердые тела сопротивляются не только растяжению но и сжатию

НАУКА О ПРОЧНОСТИ

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

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

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.

Т Акие свойства металлов, как пластичность, упругость, прочность, значительно изменяются с изменением тем­пературы, давления и других условий работы. На прак­тике детали многих машин и сооружений работают под воздействием высокой температуры. …

С Тремительно мчится паровоз. Пар гонит поршни по ци­линдрам. Штоки тянут и толкают шатуны. Все детали движутся быстро и непрерывно. Неужели никогда «не устают»? Движется шток вперёд и назад. Сталь, …

Р Абота почти всякой машины сопровождается более или менее сильными ударами. Даже тиканье наручных ча­сов, которое можно услышать, только поднеся их совсем близко к уху, есть не что иное, как …

Источник

Источник