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

7 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

23684. ПРЕДПРИНИМАТЕЛЬСТВО КАК ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ФУНКЦИЯ И ИСТОРИЧЕСКИЙ ФЕНОМЕН 99.5 KB
  ПРЕДПРИНИМАТЕЛЬСТВО КАК ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ФУНКЦИЯ И ИСТОРИЧЕСКИЙ ФЕНОМЕН €œЭкономический человек€ в политической экономии впервые появляется в качестве предпринимателя и под ним подразумевается отнюдь не €œсредний€ человек а именно предприниматель. Предпринимательство относится к числу понятий чрезвычайно богатых по своему содержанию и привлекает внимание целого ряда исследовательских дисциплин. Задача данной и последующей лекций рассмотреть предпринимательство с различных точек зрения: экономиста психолога социолога....
23685. ПРЕДПРИНИМАТЕЛИ КАК СОВОКУПНОСТЬ СОЦИАЛЬНЫХ ГРУПП 100 KB
  Не станем отрицать существования €œприродных€ €œпсихологических€ предпринимателей этих неуемных энтузиастов постоянно генерирующих организационные проекты; начинающих новое предприятие еще не успев реализовать предыдущую идею и оставляющих свое детище на чужое попечение в случае его успеха. В противовес функциональному подходу социологи чаще опираются на структурный подход выделяя предпринимателей как социальный слой21. Принципиальные различия между группами предпринимателей связаны с масштабами и сферой хозяйствования его...
23686. ЧЕЛОВЕК В ХОЗЯЙСТВЕННОЙ ОРГАНИЗАЦИИ 147 KB
  И задачей данной лекции является определение ее ключевых признаков рассмотрение основных экономических и социологических подходов к хозяйственной организации. Будучи продуктом социального и экономического действия индивидов организации обретают особую ранее не существовавшую независимость и образуют те структурные рамки в которых теперь развивается весомая часть всякой хозяйственной деятельности. Несмотря на важность организационного переустройства экономики вклад экономистов основного потока в теорию организации оказался достаточно...
23687. Краткие теоретические сведения и требования к электротехническим сталям 157.5 KB
  Удельные потери в стали слагаются из потерь от гистерезиса и вихревых токов. В соответствии с назначением выпускаемые горячекатаные и холоднокатаные стали разделяются на два класса: изотропные и анизотропные. Изотропные – все марки малотекстурованной стали с анизотропией магнитных свойств ограниченной определенным уровнем и марки горячекатаной стали имеющие слабо выраженную текстуру. Изотропные электротехнические стали по степени легирования кремнием разделяются на шесть групп указанных в табл.
23688. Оптимизация технологического процесса нитрации с детальной разработкой фазы кислотоотжима нитроцеллюлозы на центрифуге 662 KB
  Легкость воспламенения, возможность превращения путем желатинизации в медленногорящий материал, активный кислородный баланс молекулы, выделение большого количества газов при разложении и доступность исходных материалов объясняют применение нитратов целлюлозы для производства бездымного пороха.
23689. Внутрипартийная борьба. Борьба за власть. Репрессии и большой террор 145.5 KB
  Между приступами болезни Ленин диктовал письма и статьи излагая в них свои мысли о дальнейшем развитии страны и задачах партии. В Письме к съезду названным впоследствии Завещание Ленина Ленин дал характеристики шести видным членам ЦК партии от взаимоотношения которых зависело единство партии и то что нужно увеличить количество большевиков с десятка и до сотни тысяч. О Бухарине: Бухарин не только ценнейший и крупнейший теоретик партии он также законно считается любимцем всей партии но его теоретические воззрения очень с большим...
23690. Растровое кодирование графической информации 23.89 KB
  1 слайд 2. 2 слайд В компьютере мы можем хранить всю информацию а где именно в памяти 3 слайд. 4 слайд Что же вы хотите узнать при изучении данного вопроса 5 слайд Мы узнаем как же кодируется графическая информация в памяти компьютера. 6 слайд.
23691. Основы теории и методики музыкального образования детей школьного возраста 117 KB
  Николо Паганини Каприс №24 amoll ор. звучит фрагмент Большой этюд №6 по Капрису Паганини №24 транскрипция Тема Д: Это звучит фортепиано музыка изначально написана наверное для другого инструмента. Кто же он вы знаете слайд Д: Никколо Паганини. У: Прозвучала тема одного из самых знаменитых произведений Паганини – каприса №24 ля минор для скрипки соло фрагмент в исполнении скрипки.
23692. Футбол. Передачи мяча внутренней стороной стопы. Ведение мяча. Удары по неподвижному мячу 52.5 KB
  Подготовительная часть 15 минут Построение. Если даже слон научился футболу то чем мы хуже ребята Результат умножить на 4 чтобы узнать за 1 минуту. 1 мин. 1 мин.