79394

Модель строения твёрдых тел. Механические свойства твёрдых тел. Упругость, пластичность, хрупкость. Диаграмма растяжения

Конспект урока

Педагогика и дидактика

Причиной этих свойств во многом являются силы связи между молекулами материала. Под твердостью понимают сопротивление материала которое он создает при вдавливании или царапании его поверхности другим телом. Оценка твердости материала проводится с помощью простого испытания на твердость методом царапания.

Русский

2015-02-11

26.38 KB

8 чел.

Урок №2/60

Тема №30: «Модель строения твёрдых тел. Механические свойства твёрдых тел. Упругость, пластичность, хрупкость. Диаграмма растяжения.»

1 Модель строения твёрдых тел


Твердые тела имеют постоянную форму и объем, практически несжимаемы.
Минимальная потенциальная энергия взаимодействия молекул больше кинетической энергии молекул. Сильное взаимодействие частиц. 
Тепловое движение молекул в твердом теле выражается только лишь колебаниями частиц (атомов, молекул) около положения устойчивого равновесия.
Из-за больших сил притяжения молекулы практически не могут менять свое положение в веществе, этим и объясняется неизменность объема и формы твердых тел.
Большинство твердых тел имеет упорядоченное в пространстве расположение частиц (дальний порядок), которые образуют правильную кристаллическую решетку. Частицы вещества (атомы, молекулы, ионы) расположены в вершинах - узлах кристаллической решетки. Узлы кристаллической решетки совпадают с положением устойчивого равновесия частиц. Такие твердые тела называются кристаллическими.

2 Механические свойства твёрдых тел. Упругость, пластичность, хрупкость.

При применении твердых  материалов, а также при их переработке необходимо учитывать их механические свойства. При этом различают твердые и мягкие тела, вязкие и хрупкие, упругие и пластичные. Причиной этих свойств во многом являются силы связи между молекулами материала.

Если материал может сопротивляться проникновению в него других тел, то он тверже, чем другие. Под твердостью понимают сопротивление материала, которое он создает при вдавливании или царапании его поверхности другим телом.

Оценка твердости материала проводится с помощью простого испытания на твердость методом царапания. Более мягкий материал будет царапаться более твердым. При этом различают степени твердости 1—10. Для оценки различным минералам приписываются различные степени твердости.

Твердыми материалами, например, являются алмаз, твердые строительные материалы, например гранит, клинкерные стеновые камни

О мягкости материала говорят, когда его можно сжать с приложением небольшой силы или процарапать другим материалом.

Мягкими материалами являются, например, свинец, гипс и вспененные синтетические материалы

Под вязкостью понимают способность материала под воздействием изгибных, ударных и толчковых нагрузок хотя и поддаваться, но при этом не разрушаться.

Вязкими являются такие материалы, как сталь, свинец, дерево, кожа и термопластичные пластмассы. Они в основном имеют волокнистое строение.

Под хрупкостью понимают свойство материала под воздействием изгибающих, ударных и толчковых нагрузок не изменять свою форму, а сразу разрушаться.

К хрупким материалам относится, например, стекло, природные камни, искусственные стеновые камни и бетон. Строение их в основном зернистое. Хрупкость материалов считается недостатком.

Упругость — это свойство материала позволять себя сжимать или растягивать, а после снятия нагрузки — возвращаться к первоначальной форме.

Упругими материалами являются, например, резина и рессорная сталь.

Пластичностью называют свойство материалов под воздействием нагрузки изменять свою форму и сохранять эту новую форму после снятия нагрузки.

Рис.1

Диаграмма растяжения. Диаграммой растяжения принято называть графическую зависимость σ от ε. По экспериментальным значениям относительного удлинения ε можно вычислить соответствующие им значения нормального напряжения σ, возникающего в упруго деформированном теле. Пример диаграммы растяжения для металлического образца изображен на рис.1. На участке 0–1 график имеет вид прямой, проходящей через начало координат. Это значит, что до определенного значения напряжения деформация является упругой и выполняется закон Гука, согласно которому нормальное напряжение пропорционально относительному удлинению. Максимальное значение нормального напряжения σП, при котором еще выполняется закон Гука, называют пределом пропорциональности.

При дальнейшем увеличении нагрузки зависимость напряжения от относительного удлинения становится нелинейной (участок 1–2), хотя упругие свойства тела еще сохраняются. Максимальное значение σy нормального напряжения, при котором еще не возникает остаточная деформация, называют пределом упругости. (Предел упругости лишь на сотые доли процента превышает предел пропорциональности). Увеличение нагрузки выше предела упругости (участок 2–3) приводит к тому, что деформация становится остаточной.

Затем образец начинает удлиняться практически при постоянном напряжении (участок 3–4 графика). Это явление называют текучестью материала. Нормальное напряжение σТ, при котором остаточная деформация достигает заданного значения, называют пределом текучести.

При напряжениях, превышающих предел текучести, упругие свойства тела в известной мере восстанавливаются, и оно вновь начинает сопротивляться деформации (участок 4–5 графика).

Максимальное значение нормального напряжения σпр, при превышении которого происходит разрыв образца, называют пределом прочности.

Зададимся вопросом, какой физический смысл имеет модуль Юнга? Запишем закон Гука в виде:

.

Если удлинение ΔL будет равно первоначальной длине образца L, то .

Это означает, что модуль Юнга равен тому напряжению, которое вызывает удлинение образца вдвое. Конечно, материалов, которые можно удлинить в два раза, кроме разве резины и некоторых полимеров, нет. Однако как характеристика упругих свойств материала модуль Юнга служит отлично.

Для стали модуль Юнга примерно равен 2,1·1011 Н/м2. Почему примерно? Да потому, что марок сталей очень много. Соответственно и модуль Юнга пружинной стали больше модуля Юнга стали, из которой делаются гвозди.

Свинец – мягкий металл, но и он обладает упругостью, а его модуль Юнга в 15 раз меньше, чем модуль Юнга стали. Все остальные металлы имеют модуль Юнга больше, чем у свинца, но меньше, чем у стали. Другой важной характеристикой конструкционного материала является предел прочности. Предел прочности у разных материалов также сильно отличается. У стали предел прочности наибольший. Поэтому сталь – основной конструкционный материал. При проектировании любых конструкций учитывается предел прочности, и возможные напряжения должны быть в несколько раз (обычно в 10 раз) меньше предела прочности. Существует специальный раздел в прикладной науке – сопротивление материалов. Его изучают во всех технических вузах, готовящих специалистов по конструированию и эксплуатации машин и механизмов.

Интересно отметить, что стальная проволока, повешенная за один конец, растягивается под действием собственного веса. А если такая проволока будет иметь длину L = 4,2 км, то она оборвется под действием собственного веса. Проволока из свинца оборвется под действием собственного веса при длине всего в 120 метров.

Все машины и механические конструкции – башни, мосты, арочные конструкции – рассчитываются так, чтобы напряжения ни в одном месте конструкции не превышали предела упругости. В настоящее время существуют стальные мосты, длина пролета которых (расстояние между опорами) превышает 1 000 метров.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

32094. Предмет социальной психологии Личности 52 KB
  Предмет социальной психологии Л. научное значение понятия Л: Антропология: Л как носитель общечеловеческих свв это родовое понятие принадлежность к homospiens Л=индивид от Феербаха он считал что челк абсолютно биологичен без соцного но в психологии индивид это природное а Л соцное сущво. Проблема соцного статуса. Проблема личности стоит в центре и философского и социологического знания; ею занимается и этика и педагогика и генетика.
32095. Проблема социализации в социальной психологии личности. Теории социализации 57.5 KB
  Проблема социализации в социальной психологии личности. Теории социализации. Понятие социализации. Термин социализация не имеет однозначного толкования среди различных представителей науки.
32096. Проблема установки в психологии и социологии. Структура и функции социальной установки. Социальные стереотипы и предрассудки 50.5 KB
  Проблема установки в психологии и социологии. Структура и функции социальной установки. Понятие соц установки. Значение исследований установки в школе Д.
32097. Ценностно – нормативная и социально-ролевая регуляция поведения личности 57 KB
  Ценностно нормативная и социальноролевая регуляция поведения личности. Нормативная регуляция поведения: нормы в контексте культуры социальные групповые нормы внутриличностные нормы. Норма это правила регулирующие соцое поведение передаются в процессе инкультурации. Ценностно нормативная и социальная регуляция означает что индивиду задается должный вид поведения его форма тот или иной способ достижения цели реализации намерений и т.
32098. Факторы производства туристского продукта 79 KB
  Существуют три основные категории производственных ресурсов или факторов производства: природные и культурноисторические людские капитальные. Большинство природных ресурсов истощаются в процессе туристской эксплуатации.Организации отдыха предшествуют выявление и изучение природных туристских ресурсов которые завершаются их оценкой.
32099. Эстетическая география 32.65 KB
  Однако научное осмысление этого феномена и выявление объективных закономерно стей эстетической привлекательности ландшафтов сталкиваются с проблемой значительной доли субъ ективизма. Тем не менее очевидная практическая значимость ландшафтноэстетических исследований особенно ярко она проявляется при рекреационном освоении территории определяет растущий интерес к этой проблематике и появление различных подходов к оценке пейзажноэстетической привлекательности ландшафтов. История становления и развития эстетической...
32100. Влияние различных видов туризма на окружающую природную среду 18.59 KB
  Именно поэтому в туристской отрасли особенно важен жесткий контроль при организации туризма и отдыха в регионе. Рассмотрим влияние отдельные видов туризма на состояние окружающей среды и туристских ресурсов. Наиболее массовым из всех видов туризма является спортивнооздоровительный туризм: купальнопляжная рекреация которая наиболее популярна у отечественных и иностранных туристов а следовательно имеет наиболее высокую степень влияния на окружающую природную среду; отдых с использованием судов с подвесным лодочным мотором парусных и...
32101. ИСТОРИЯ ЗАПОВЕДНОГО ДЕЛА В СССР И РОССИИ 17.91 KB
  Уже тогда были научно определены место заповедников в системе рационального природопользования и их основные задачи т. дана основа для создания сети заповедников в стране режимов их использования и охраны.Петербург 1883 обосновал эталонное значение заповедников а также указал на то что объективное познание почв и закономерностей их развития возможно только на участках исключенных из хозяйственного использования. Основным предназначением заповедников называлось использование их в научноисследовательских целях.
32102. Туристский продукт 114.5 KB
  Продуктами являются физические объекты услуги идеи и т. набор услуг продаваемый туристам в одном пакете. Если спросить поставщиков что они производят перевозчики назовут транспортные услуги отели услуги по размещению тематические парки услуги развлечения и т. Для каждого из них продукт есть конкретный вид предоставляемых услуг.