लोच का बल क्या करता है. लोचदार बल। पूर्ण पाठ - ज्ञान हाइपरमार्केट। शरीर के विरूपण से उत्पन्न होने वाला लोचदार बल मापांक में शरीर के विस्तार के समानुपाती होता है और इसे इस तरह से निर्देशित किया जाता है कि यह शरीर के विरूपण की मात्रा को कम करता है

विकृति (अक्षांश से। विकृति - विकृति) - बाहरी शक्तियों के प्रभाव में शरीर के आकार और आकार में परिवर्तन।

विकृतियां इसलिए होती हैं क्योंकि शरीर के विभिन्न अंग अलग-अलग गति से चलते हैं। यदि शरीर के सभी अंग एक ही तरह से चलते हैं, तो शरीर हमेशा अपने मूल आकार और आयामों को बनाए रखेगा, अर्थात। अव्यवस्थित रहेगा। आइए कुछ उदाहरण देखें।

विरूपण के प्रकार

तन्यता और संपीड़ित विकृतियाँ. यदि एक सिरे पर स्थिर एकसमान छड़ पर बल लगाया जाता है एफरॉड से दूर दिशा में अपनी धुरी के साथ, तो यह विरूपण से गुजरेगा मोच. तन्यता विकृति का अनुभव केबल, रस्सियों, उठाने वाले उपकरणों में जंजीरों, कारों के बीच संबंधों आदि से होता है। यदि किसी स्थिर छड़ पर उसके अक्ष के अनुदिश छड़ की ओर कोई बल लगाया जाता है, तो वह दबाव. संपीड़न विकृति का अनुभव स्तंभों, स्तंभों, दीवारों, भवन की नींव आदि द्वारा किया जाता है। जब बढ़ाया या संकुचित किया जाता है, तो क्षेत्र बदल जाता है क्रॉस सेक्शनतन।

कतरनी विरूपण. एक ठोस शरीर के एक मॉडल पर कतरनी विरूपण को स्पष्ट रूप से प्रदर्शित किया जा सकता है, जो कि स्प्रिंग्स (छवि 3) द्वारा परस्पर समानांतर प्लेटों की एक श्रृंखला है। क्षैतिज बल एफशरीर के आयतन को बदले बिना प्लेटों को एक दूसरे के सापेक्ष खिसका देता है। वास्तविक ठोसों में, अपरूपण विरूपण के दौरान आयतन भी नहीं बदलता है। रिवेट्स और बोल्ट जो ब्रिज ट्रस के कुछ हिस्सों, समर्थन पर बीम आदि को जकड़ते हैं, कतरनी विकृतियों के अधीन हैं। बड़े कोणों पर कतरनी शरीर के विनाश का कारण बन सकती है - कतरनी। कैंची, छेनी, छेनी, आरी के दांत आदि के संचालन के दौरान कतरनी होती है।

झुकने विरूपण. स्टील या लकड़ी के शासक को अपने हाथों या किसी अन्य बल से मोड़ना आसान है। गुरुत्वाकर्षण या भार के प्रभाव में क्षैतिज रूप से स्थित बीम और छड़, झुकते हैं - वे झुकने वाले विरूपण के अधीन होते हैं। झुकने विरूपण को गैर-समान तनाव और संपीड़न विरूपण में कम किया जा सकता है। दरअसल, उत्तल पक्ष पर (चित्र 4), सामग्री तनाव के अधीन है, और अवतल पक्ष पर, संपीड़न के अधीन है। इसके अलावा, माना परत मध्य परत के करीब है के.एन., तनाव और संपीड़न जितना छोटा होगा। परत के.एन.जो तनाव या संपीड़न में न हो, तटस्थ कहलाता है। क्योंकि परतें अबतथा सीडीसबसे बड़ा तनाव और संपीड़न जानकारी के अधीन हैं, तो सबसे बड़ी ताकतलोच (चित्र 4 में, लोचदार बलों को तीरों द्वारा दिखाया गया है)। बाहरी परत से तटस्थ परत तक, ये बल कम हो जाते हैं। भीतरी परतध्यान देने योग्य विकृतियों का अनुभव नहीं करता है और बाहरी ताकतों का विरोध नहीं करता है, और इसलिए डिजाइन में अनिवार्य है। इसे आमतौर पर हटा दिया जाता है, छड़ को पाइप से बदल दिया जाता है, और सलाखों को टी-बीम (छवि 5) के साथ बदल दिया जाता है। प्रकृति ने ही, विकास की प्रक्रिया में, मनुष्य और जानवरों को अंगों की ट्यूबलर हड्डियों के साथ संपन्न किया और अनाज के तनों को ट्यूबलर बना दिया, "संरचनाओं" की ताकत और सटीकता के साथ भौतिक बचत का संयोजन किया।

मरोड़ विरूपण. यदि एक छड़, जिसका एक सिरा स्थिर है (चित्र 6) पर छड़ के अनुप्रस्थ काट के तल में स्थित बलों के एक जोड़े द्वारा कार्य किया जाता है, तो वह मुड़ जाती है। जैसा कि वे कहते हैं, मरोड़ विकृति है।

प्रत्येक क्रॉस सेक्शन को किसी न किसी कोण से रॉड की धुरी के चारों ओर दूसरे के सापेक्ष घुमाया जाता है। वर्गों के बीच की दूरी नहीं बदलती है। इस प्रकार, अनुभव से पता चलता है कि मरोड़ में एक छड़ को एक सामान्य अक्ष पर केंद्रित कठोर वृत्तों की एक प्रणाली के रूप में दर्शाया जा सकता है। इन मंडलियों (अधिक सटीक रूप से, अनुभाग) को घुमाया जाता है विभिन्न कोणनिश्चित छोर तक उनकी दूरी के आधार पर। परतों को घुमाया जाता है, लेकिन विभिन्न कोणों पर। हालांकि, इस मामले में, आसन्न परतें पूरी छड़ के साथ एक दूसरे के सापेक्ष उसी तरह घूमती हैं। मरोड़ विरूपण को एक गैर-समान कतरनी के रूप में माना जा सकता है। कतरनी असमानता इस तथ्य में व्यक्त की जाती है कि कतरनी विरूपण रॉड त्रिज्या के साथ बदलता है। अक्ष पर कोई विकृति नहीं है, और यह परिधि पर अधिकतम है। स्थिर सिरे से सबसे दूर छड़ के अंत में, घूर्णन कोण सबसे बड़ा होता है। इसे ट्विस्ट एंगल कहा जाता है। सभी मशीनों, स्क्रू, स्क्रूड्राइवर्स आदि के शाफ्ट द्वारा मरोड़ का अनुभव किया जाता है।

मुख्य विकृतियाँ तन्यता (संपीड़न) और कतरनी विकृतियाँ हैं। झुकने विरूपण के दौरान, अमानवीय तनाव और संपीड़न होता है, और मरोड़ विरूपण के दौरान, अमानवीय कतरनी होती है।

लोच की ताकतें।

जब एक ठोस पिंड विकृत होता है, तो क्रिस्टल जाली के नोड्स पर स्थित उसके कण (परमाणु, अणु, आयन) अपने संतुलन की स्थिति से विस्थापित हो जाते हैं। यह विस्थापन एक ठोस पिंड के कणों के बीच परस्पर क्रिया की ताकतों द्वारा प्रतिकार किया जाता है, जो इन कणों को एक दूसरे से एक निश्चित दूरी पर रखते हैं। इसलिए, किसी भी प्रकार के लोचदार विरूपण के साथ, शरीर में आंतरिक बल उत्पन्न होते हैं जो इसके विरूपण को रोकते हैं।

लोचदार विरूपण के दौरान शरीर में उत्पन्न होने वाली और विरूपण के कारण शरीर के कणों के विस्थापन की दिशा के खिलाफ निर्देशित बलों को कहा जाता है लोचदार बल.

लोचदार बल शरीर के आकार और आकार में परिवर्तन को रोकते हैं। लोचदार बल विकृत शरीर के किसी भी भाग में कार्य करते हैं, साथ ही साथ शरीर के संपर्क के स्थान पर विरूपण का कारण बनते हैं। उदाहरण के लिए, एक अत्यधिक विकृत बोर्ड की ओर से डीएक बार पर सेउस पर लेटने से लोच का बल कार्य करता है एफनियंत्रण (चित्र 7)।

लोचदार बल की एक महत्वपूर्ण विशेषता यह है कि यह निकायों की संपर्क सतह के लंबवत निर्देशित होता है, और अगर हम ऐसे निकायों के बारे में बात कर रहे हैं जैसे विकृत स्प्रिंग्स, संपीड़ित या फैली हुई छड़, डोरियां, धागे, तो लोचदार बल उनके साथ निर्देशित होता है कुल्हाड़ियों एकतरफा तनाव या संपीड़न के मामले में, लोचदार बल को सीधी रेखा के साथ निर्देशित किया जाता है जिसके साथ बाहरी बल कार्य करता है, जिससे शरीर विकृत हो जाता है, इस बल की दिशा के विपरीत और शरीर की सतह के लंबवत होता है।

सहारे या निलंबन की ओर से शरीर पर लगने वाले बल को कहते हैं समर्थन प्रतिक्रिया बल या निलंबन तनाव बल . चित्रा 8 निकायों (बलों) के लिए समर्थन प्रतिक्रिया बलों के आवेदन के उदाहरण दिखाता है एन 1 , एन 2 , एन 3 , एन 4 और एन 5) और निलंबन तनाव बल (बल .) टी 1 , टी 2 , टी 3 और टी 4).

निरपेक्ष और सापेक्ष बढ़ाव

रैखिक विकृति(टेन्साइल स्ट्रेन) एक स्ट्रेन है जिसमें केवल एक रैखिक आयामतन।

यह परिमाणित है शुद्ध Δ मैंतथा रिश्तेदार ε बढ़ाव।

\(~\Delta l = |l - l_0|\) ,

जहां मैं- पूर्ण बढ़ाव (एम); मैंतथा मैं 0 - अंतिम और प्रारंभिक शरीर की लंबाई (एम)।

• शरीर में खिंचाव हो तो मैं > मैं 0 और मैं = मैं – मैं 0 ;
• अगर शरीर संकुचित है, तो मैं < मैं 0 और मैं = –(मैं – मैं 0) = मैं 0 – मैं(चित्र 9)।

\(~\varepsilon = \frac(\Delta l)(l_0)\) या \(~\varepsilon = \frac(\Delta l)(l_0) \cdot 100%\) ,

कहाँ पे ε - शरीर का सापेक्ष बढ़ाव (%); मैं मैं- शरीर का पूर्ण बढ़ाव (एम); मैं 0 - प्रारंभिक शरीर की लंबाई (एम)।

हुक का नियम

लोचदार बल और शरीर के लोचदार विरूपण (छोटे विकृतियों के लिए) के बीच संबंध न्यूटन के समकालीन, अंग्रेजी भौतिक विज्ञानी हुक द्वारा प्रयोगात्मक रूप से स्थापित किया गया था। एक तरफा तनाव (संपीड़न) के विरूपण के लिए हुक के नियम की गणितीय अभिव्यक्ति का रूप है

\(~F_(ynp) = k \cdot \Delta l\) , (1)

कहाँ पे एफ upr - विरूपण (एन) के दौरान शरीर में होने वाले लोचदार बल का मापांक; मैं मैंशरीर का पूर्ण बढ़ाव है (एम)।

गुणक कबुलाया शरीर की कठोरता हुक के नियम में विरूपक बल और विकृति के बीच आनुपातिकता का गुणांक है।

स्प्रिंग दरसंख्यात्मक रूप से उस बल के बराबर होता है जिसे इसकी इकाई विकृति का कारण बनने के लिए एक लोचदार रूप से विकृत नमूने पर लागू किया जाना चाहिए।

SI प्रणाली में, कठोरता को न्यूटन प्रति मीटर (N/m) में मापा जाता है:

\(~[k] = \frac()([\Delta l])\) ।

कठोरता गुणांक शरीर के आकार और आयामों के साथ-साथ सामग्री पर भी निर्भर करता है।

हुक का नियमएकतरफा तनाव (संपीड़न) के लिए निम्नानुसार तैयार करें:

शरीर के विकृत होने पर उत्पन्न होने वाला लोचदार बल इस शरीर के बढ़ाव के समानुपाती होता है।

यांत्रिक तनाव।

एक लोचदार रूप से विकृत शरीर की स्थिति मात्रा द्वारा विशेषता है σ बुलाया यांत्रिक तनाव.

यांत्रिक तनाव σ लोचदार मापांक के अनुपात के बराबर एफशरीर के पार के अनुभागीय क्षेत्र के पूर्व एस:

\(~\sigma = \frac(F_(ynp))(S)\) ।

यांत्रिक प्रतिबल को Pa में मापा जाता है: [ σ ] \u003d एन / एम 2 \u003d पा।

टिप्पणियों से पता चलता है कि छोटे विकृतियों पर, यांत्रिक तनाव सापेक्ष बढ़ाव के समानुपाती होता है:

\(~\sigma = E \cdot |\varepsilon|\) । (2)

यह सूत्र एक तरफा खिंचाव (संपीड़न) के लिए हुक के नियम को लिखने के प्रकारों में से एक है। इस सूत्र में, बढ़ाव को मापा जाता है, क्योंकि यह सकारात्मक और नकारात्मक दोनों हो सकता है।

आनुपातिकता कारक इहुक के नियम में कहा जाता है लोच का मापांक (यंग का मापांक). यह प्रयोगात्मक रूप से स्थापित किया गया है कि

यंग मापांकसंख्यात्मक रूप से ऐसे यांत्रिक तनाव के बराबर जो शरीर में इसकी लंबाई में 2 गुना वृद्धि के साथ उत्पन्न होना चाहिए था।

आइए इसे साबित करें: हुक के नियम से हमें वह मिलता है \(~E = \frac(\sigma)(\varepsilon)\) । अगर यंग का मापांक इसंख्यात्मक रूप से यांत्रिक तनाव के बराबर σ , फिर \(~\varepsilon = \frac(\Delta l)(l_0) = 1\) । तब \(~\Delta l = l - l_0 = l_0 ; l = 2 l_0\) ।

यंग का मापांक Pa में मापा जाता है: [ इ] = पा/1 = पा.

लोचदार विरूपण के तहत व्यावहारिक रूप से कोई भी शरीर (रबर को छोड़कर) इसकी लंबाई को दोगुना नहीं कर सकता है: यह बहुत पहले टूट जाएगा। लोच का मापांक जितना अधिक होगा इ, छड़ जितनी कम विकृत होती है, अन्य सभी चीजें समान होती हैं ( मैं 0 , एस, एफ) इस तरह, यंग का मापांक तनाव या संपीड़न में लोचदार विरूपण के लिए सामग्री के प्रतिरोध की विशेषता है.

फॉर्म (2) में लिखे हुक के नियम को आसानी से फॉर्म (1) में घटाया जा सकता है। वास्तव में, (2) \(~\sigma = \frac(F_(ynp))(S)\) और \(~\varepsilon = \frac(\Delta l)(l_0)\) में प्रतिस्थापित करने पर, हम प्राप्त करते हैं:

\(~\frac(F_(ynp))(S) = E \cdot \frac(\Delta l)(l_0)\) या \(~F_(ynp) = \frac(E \cdot S)(l_0) \cdot \डेल्टा एल\) ,

जहां \(~\frac(E \cdot S)(l_0) = k\) ।

खिंचाव चार्ट

तन्यता तनाव का अध्ययन करने के लिए, अध्ययन के तहत सामग्री से बनी एक छड़ को विशेष उपकरणों (उदाहरण के लिए, हाइड्रोलिक प्रेस का उपयोग करके) का उपयोग करके तनाव के अधीन किया जाता है, और नमूने का बढ़ाव और उसमें उत्पन्न होने वाले तनाव को मापा जाता है। प्रयोगों के परिणामों के अनुसार, वोल्टेज की निर्भरता का एक ग्राफ तैयार किया जाता है σ बढ़ाव से ε . इस ग्राफ को खिंचाव आरेख (चित्र 10) कहा जाता है।

कई प्रयोगों से पता चलता है कि छोटे उपभेदों पर, तनाव σ बढ़ाव के सीधे आनुपातिक ε (भूखंड ओएचित्र) - हुक का नियम संतुष्ट होता है।

प्रयोग से पता चलता है कि लोड हटा दिए जाने के बाद छोटे विरूपण पूरी तरह से गायब हो जाते हैं (एक लोचदार विरूपण देखा जाता है)। छोटे विकृतियों के लिए, हुक का नियम संतुष्ट होता है। अधिकतम वोल्टेज जिस पर हुक का नियम अभी भी कायम है, कहलाता है आनुपातिकता की सीमापी. यह बिंदु से मेल खाती है लेकिनआरेख।

यदि आप तन्यता भार को बढ़ाना जारी रखते हैं और आनुपातिक सीमा से अधिक हो जाते हैं, तो विरूपण गैर-रैखिक (लाइन .) हो जाता है एबीसीडीके) फिर भी, छोटे गैर-रैखिक विकृतियों के साथ, भार हटा दिए जाने के बाद, शरीर के आकार और आयामों को व्यावहारिक रूप से बहाल कर दिया जाता है (अनुभाग अबललित कलाएं)। अधिकतम तनाव जिस पर कोई ध्यान देने योग्य अवशिष्ट विकृतियाँ नहीं होती हैं, कहलाती हैं इलास्टिक लिमिटपैक. यह बिंदु से मेल खाती है परआरेख। लोचदार सीमा आनुपातिक सीमा से अधिक 0.33% से अधिक नहीं है। ज्यादातर मामलों में, उन्हें बराबर माना जा सकता है।

यदि एक बाहरी भारऐसा है कि शरीर में तनाव उत्पन्न होता है जो लोचदार सीमा से अधिक हो जाता है, तो विरूपण की प्रकृति बदल जाती है (अनुभाग .) बीसीडीईके) लोड हटा दिए जाने के बाद, नमूना अपने पिछले आयामों पर वापस नहीं आता है, लेकिन विकृत रहता है, हालांकि कम भार (प्लास्टिक विरूपण) की तुलना में कम बढ़ाव के साथ।

बिंदु के अनुरूप एक निश्चित तनाव मान पर लोचदार सीमा से परे सेआरेख, भार बढ़ाए बिना बढ़ाव लगभग बढ़ जाता है (अनुभाग सीडीआरेख लगभग क्षैतिज हैं)। इस घटना को कहा जाता है द्रव्य प्रवाह.

लोड में और वृद्धि के साथ, वोल्टेज बढ़ता है (बिंदु से डी), जिसके बाद नमूने के कम से कम टिकाऊ हिस्से में एक संकुचन ("गर्दन") दिखाई देता है। अनुप्रस्थ काट के क्षेत्रफल में कमी के कारण (बिंदु .) इ) आगे बढ़ाव के लिए कम तनाव की आवश्यकता होती है, लेकिन, अंत में, नमूना का विनाश होता है (बिंदु .) प्रति). वह अधिकतम प्रतिबल जो एक प्रतिदर्श बिना टूटे झेल सकता है, कहलाता है तन्यता ताकत . आइए इसे निरूपित करें σ pch (यह बिंदु से मेल खाती है इआरेख)। इसका मूल्य सामग्री की प्रकृति और उसके प्रसंस्करण पर अत्यधिक निर्भर है।

संरचनात्मक विफलता की संभावना को कम करने के लिए, गणना करते समय, इंजीनियर को अपने तत्वों में ऐसे तनावों की अनुमति देनी चाहिए जो सामग्री की तन्यता ताकत का केवल एक हिस्सा होंगे। उन्हें स्वीकार्य तनाव कहा जाता है। वह संख्या जो यह दर्शाती है कि तन्य शक्ति कितनी बार अनुमेय प्रतिबल से अधिक है, कहलाती है सुरक्षा का पहलू. n के माध्यम से सुरक्षा के मार्जिन को निरूपित करते हुए, हम प्राप्त करते हैं:

\(~n = \frac(\sigma_(np))(\sigma)\) ।

सुरक्षा के मार्जिन को कई कारणों के आधार पर चुना जाता है: सामग्री की गुणवत्ता, भार की प्रकृति (स्थिर या समय के साथ बदलती), विनाश से उत्पन्न होने वाले खतरे की डिग्री, आदि। व्यवहार में, सुरक्षा का मार्जिन 1.7 से 10 तक होता है। सुरक्षा का सही मार्जिन चुनकर, इंजीनियर संरचना में स्वीकार्य तनाव का निर्धारण कर सकता है।

प्लास्टिसिटी और भंगुरता

छोटी विकृतियों वाली किसी भी सामग्री से बना शरीर लोचदार के रूप में व्यवहार करता है। साथ ही, लगभग सभी निकाय कुछ हद तक प्लास्टिक विकृतियों का अनुभव कर सकते हैं। नाजुक शरीर हैं।

सामग्री के यांत्रिक गुण विविध हैं। रबर या स्टील जैसी सामग्री अपेक्षाकृत बड़े तनाव और उपभेदों तक लोचदार गुण प्रदर्शित करती है। स्टील के लिए, उदाहरण के लिए, हुक का नियम तक कायम है ε = 1%, और रबर के लिए - बहुत अधिक तक ε , दसियों प्रतिशत के क्रम में। इसलिए, इन सामग्रियों को कहा जाता है लोचदार.

गीली मिट्टी, प्लास्टिसिन या सीसा में, लोचदार विरूपण क्षेत्र छोटा होता है। सामग्री जिसमें मामूली भार प्लास्टिक विरूपण का कारण बनता है उसे कहा जाता है प्लास्टिक.

लोचदार और प्लास्टिक में सामग्री का विभाजन काफी हद तक सशर्त है। उत्पन्न होने वाले तनावों के आधार पर, वही सामग्री या तो लोचदार या प्लास्टिक के रूप में व्यवहार करेगी। इसलिए, बहुत अधिक दबावों पर, स्टील तन्य गुण प्रदर्शित करता है। यह व्यापक रूप से प्रेस का उपयोग करके स्टील उत्पादों के मुद्रांकन में उपयोग किया जाता है जो एक बड़ा भार पैदा करते हैं।

ठंडे स्टील या लोहे को हथौड़े से बनाना मुश्किल है। लेकिन मजबूत हीटिंग के बाद फोर्जिंग करके इन्हें कोई भी आकार देना आसान होता है। कमरे के तापमान पर प्लास्टिक, सीसा स्पष्ट लोचदार गुण प्राप्त करता है यदि इसे -100 डिग्री सेल्सियस से नीचे के तापमान पर ठंडा किया जाता है।

व्यवहार में बहुत महत्व ठोस पदार्थों की संपत्ति है, जिसे कहा जाता है भंगुरता. शरीर कहा जाता है भंगुर, अगर यह छोटी विकृतियों के तहत ढह जाता है. कांच और चीनी मिट्टी के बरतन उत्पाद नाजुक होते हैं: फर्श पर गिराए जाने पर वे टुकड़ों में टूट जाते हैं, यहां तक ​​कि छोटी ऊंचाई से भी। कच्चा लोहा, संगमरमर, एम्बर ने भी नाजुकता बढ़ाई है। इसके विपरीत, स्टील, तांबा, सीसा भंगुर नहीं होते हैं।

निर्भरता का उपयोग करके नाजुक निकायों की विशिष्ट विशेषताओं को आसानी से समझा जा सकता है σ से ε जब बढ़ाया। चित्रा 11, ए, बी कच्चा लोहा और स्टील के तन्यता आरेख दिखाता है। वे दिखाते हैं कि जब कच्चा लोहा केवल 0.1% बढ़ाया जाता है, तो इसमें लगभग 80 एमपीए का तनाव उत्पन्न होता है, जबकि स्टील में यह समान विरूपण पर केवल 20 एमपीए होता है।

कच्चा लोहा 0.45% की वृद्धि पर तुरंत नष्ट हो जाता है, लगभग प्रारंभिक प्लास्टिक विकृतियों का अनुभव किए बिना। इसकी तन्यता ताकत 1.2∙108 Pa है। स्टील पर ε = 0.45% विरूपण अभी भी लोचदार है और विफलता होती है ε 15%। स्टील की तन्यता ताकत 700 एमपीए है।

सभी भंगुर पदार्थों में, बढ़ाव के साथ तनाव बहुत तेजी से बढ़ता है, और वे बहुत छोटे विकृतियों में विफल हो जाते हैं। भंगुर सामग्री के प्लास्टिक गुण व्यावहारिक रूप से प्रकट नहीं होते हैं।

साहित्य

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संकलनकर्ता

वैंकोविच ई। (11 "ए" एमजीओएल नंबर 1), शकराबोव ए। (11 "बी" एमजीओएल नंबर 1)।

जैसा कि हमने देखा है, जब कोई पिंड विकृत होता है, तो एक बल उत्पन्न होता है, प्रकृति में विद्युत, जो शरीर को उसकी मूल स्थिति में लौटा देता है।

"न्यूटन का दूसरा नियम" और "बलों का मापन। डायनेमोमीटर" पाठों में हम उन बलों से परिचित हुए जो एक वसंत के विकृत होने पर उत्पन्न होती हैं। इन बलों को लोचदार बल कहा जाता है। अब हम कह सकते हैं कि लोचदार बल तब उत्पन्न होता है जब कोई पिंड विकृत होता है, न कि केवल एक स्प्रिंग; कोई भी शरीर वसंत की भूमिका निभा सकता है!

चूंकि लोचदार बल शरीर को उसकी मूल स्थिति में लौटाता है, यह विरूपण के दौरान शरीर के कणों के विस्थापन की दिशा के खिलाफ निर्देशित होता है। यदि, उदाहरण के लिए, एक छड़, जिसका एक सिरा स्थिर है (चित्र 1), को इस प्रकार खींचा जाता है कि उसके कण दाहिनी ओर स्थिर सिरे के सापेक्ष विस्थापित हो जाएँ (चित्र 2), तो एक लोचदार बल बाईं ओर निर्देशित उत्पन्न होता है। यदि छड़ को संकुचित किया जाता है, जैसा कि चित्र 3 में दिखाया गया है, तो इसमें मौजूद कण बाईं ओर विस्थापित हो जाते हैं, और लोचदार बल दाईं ओर निर्देशित होता है।

लोचदार बल वह बल है जो निकायों के विरूपण के दौरान उत्पन्न होता है और विरूपण के दौरान शरीर के कणों के विस्थापन की दिशा के विपरीत दिशा में निर्देशित होता है।

आगे हम उन लोचदार बलों पर विचार करेंगे जो केवल तन्यता या संपीड़न विकृति के दौरान उत्पन्न होती हैं।

यदि हमने पाठ में वर्णित प्रयोग "बलों का मापन। डायनेमोमीटर" में वर्णित किया है, तो वसंत के साथ नहीं, बल्कि, उदाहरण के लिए, किसी प्रकार की छड़ के साथ, तो हम यह सुनिश्चित कर सकते हैं कि छड़ के छोटे विकृतियों के साथ (की तुलना में छोटा) इसकी लंबाई ) विकृत छड़ का लोचदार बल, साथ ही वसंत, इसके बढ़ाव के समानुपाती होता है। नतीजतन, हुक का नियम, सूत्र द्वारा व्यक्त किया गया, किसी भी लोचदार शरीर के लिए मान्य है, बशर्ते कि ये विकृतियाँ पर्याप्त रूप से छोटी हों। विरूपण एक्स परिभाषित करता है आपसी व्यवस्थाविकृत शरीर के अंग, यानी उनके निर्देशांक। इसलिए, हुक का नियम दर्शाता है कि लोचदार बल विकृत शरीर के अलग-अलग हिस्सों के निर्देशांक पर निर्भर करता है।

लेकिन शरीर की विकृति स्वयं कैसे उत्पन्न होती है?

आइए दो गाड़ियां लें जिनके सामने नरम रबर की गेंदें लगी हुई हैं (चित्र 4)। आइए गाड़ियों को एक दूसरे की ओर गति में सेट करें ताकि वे टकराएं। जब गेंदें एक-दूसरे को छूती हैं, तो दोनों अपना आकार बदल लेंगे, विकृत हो जाएंगे। उसी समय, गेंदों को तेज करने वाली गाड़ियों की गति धीरे-धीरे कम हो जाएगी। अंततः गाड़ियाँ एक क्षण के लिए रुकेंगी और फिर विपरीत दिशाओं में चलने लगेंगी, अर्थात् वे फिर से त्वरण प्राप्त करेंगी। यह स्पष्ट है कि त्वरण का कारण गेंदों के विकृत होने पर उत्पन्न होने वाला लोचदार बल है। इस प्रयोग से यह देखा जा सकता है कि विरूपण इस तथ्य के कारण हुआ कि गेंदें, संपर्क के बाद, कुछ समय तक उसी दिशा में चलती रहीं, जब तक कि विरूपण के कारण उत्पन्न होने वाले लोचदार बल ने उन्हें रोक नहीं दिया। उसके बाद, विकृत गेंदों ने अपने आकार को बहाल करते हुए, गाड़ियों को विपरीत दिशा में ले जाने के लिए मजबूर किया। लेकिन जैसे ही गेंदों ने अपना आकार पुनः प्राप्त किया, लोचदार बल भी गायब हो गया। इसलिए, यह कहा जा सकता है कि गेंद के विरूपण का कारण दूसरे के सापेक्ष इसके एक हिस्से की गति थी, और विरूपण का परिणाम लोचदार बल था।

यदि हम अब रबर की गेंदों को स्टील की गेंदों से बदल दें और प्रयोग को दोहराएं, तो हम देखेंगे कि परिणाम बिल्कुल वैसा ही होगा। गाड़ियां टकराती हैं, एक पल के लिए रुकती हैं, और फिर विपरीत दिशाओं में चलती हैं। लेकिन अब हम गेंदों के आकार, उनके विरूपण में बदलाव नहीं देखेंगे। इसका मतलब यह नहीं है कि कोई विकृति नहीं है। आखिरकार, स्टील की गेंदों वाली गाड़ियाँ ठीक उसी तरह व्यवहार करती हैं जैसे रबर की गेंदों वाली गाड़ियाँ। लेकिन स्टील की गेंदों के लिए, विकृतियाँ बहुत छोटी होती हैं, और उन्हें विशेष उपकरणों के बिना नहीं देखा जा सकता है (इसका मतलब है कि स्टील की गेंदों में रबर की तुलना में बहुत अधिक कठोरता होती है)।

अक्सर, न केवल विकृतियाँ अदृश्य होती हैं, बल्कि वे गतियाँ भी होती हैं जिनके कारण विकृतियाँ उत्पन्न होती हैं। जब हम देखते हैं, उदाहरण के लिए, एक मेज पर पड़ी एक किताब, हम निश्चित रूप से ध्यान नहीं दे सकते हैं कि किताब और मेज दोनों थोड़ा विकृत हैं। लेकिन यह तालिका की विकृति है, जो आंखों के लिए पूरी तरह से अदृश्य है, जो एक लोचदार बल की उपस्थिति की ओर ले जाती है जो लंबवत ऊपर की ओर निर्देशित होती है और पुस्तक के आकर्षण बल को पृथ्वी पर संतुलित करती है। इसलिए, पुस्तक आराम पर है। जब हम किसी पुस्तक को मेज पर रखते हैं, तो वह किसी गिरते हुए पिंड की तरह पृथ्वी के प्रति आकर्षण के प्रभाव में लंबवत नीचे की ओर खिसकने लगती है। यह इस आंदोलन के साथ है कि पुस्तक उन कणों को विस्थापित करती है जो तालिका के उस हिस्से को बनाते हैं जो इसके संपर्क में है। तालिका विकृत हो जाती है, और एक लोचदार बल उत्पन्न होता है, जो पुस्तक के पृथ्वी पर आकर्षण बल के बराबर होता है, लेकिन ऊपर की ओर निर्देशित होता है।

निलंबन की कार्रवाई के बारे में भी यही कहा जा सकता है। जब कोई पिंड कॉर्ड AK (चित्र 5) के मुक्त सिरे से जुड़ा होता है, तो पहले क्षण में, पृथ्वी F के आकर्षण बल के प्रभाव में, यह द्वारा इंगित दिशा में लंबवत नीचे की ओर गिरने लगता है। तीर। साथ ही, कॉर्ड K का सिरा शरीर के साथ नीचे की ओर खिसकता है।परिणामस्वरूप, कॉर्ड लंबा हो जाता है, यानी विकृत हो जाता है। छेद के विरूपण के कारण, ऊपर की ओर लोचदार बल Fynp प्रकट होता है (चित्र 6)। इसलिए शरीर पर दो विपरीत दिशा वाली शक्तियों द्वारा कार्य किया जाता है। शरीर के गिरने की शुरुआत में, नाल का विस्तार छोटा होता है, और लोचदार बल भी छोटा होता है। जैसे-जैसे शरीर नीचे की ओर बढ़ता है, वैसे-वैसे नाल की लंबाई बढ़ती जाती है, साथ ही साथ लोचदार बल भी बढ़ता है। जब कोई लटका हुआ पिंड विरामावस्था में होता है, तो इसका अर्थ है कि अपने निरपेक्ष मान में लोचदार बल, पिंड के पृथ्वी के प्रति आकर्षण बल के बराबर होता है।

यदि एके कॉर्ड नरम रबर से बना है, जिसकी कठोरता कम है, तो इसका बढ़ाव आंख से भी देखा जा सकता है। लेकिन अगर यह कॉर्ड बड़ी कठोरता का स्टील का तार है, तो बढ़ाव इतना छोटा होगा कि इसे केवल विशेष उपकरणों से ही पता लगाया जा सकता है। समर्थन या निलंबन की तरफ से शरीर पर अभिनय करने वाले लोचदार बल को अक्सर समर्थन की प्रतिक्रिया बल या निलंबन की प्रतिक्रिया बल (या निलंबन तनाव) कहा जाता है।

कई मामलों में, एक लोचदार बल की उपस्थिति के कारण विकृतियां स्पष्ट रूप से दिखाई देती हैं। कॉइल स्प्रिंग या रबर कॉर्ड के विस्तार को नोटिस करना आसान है। यहां दिए गए उदाहरणों से पता चलता है कि परस्पर क्रिया करने वाले पिंडों के संपर्क में आने पर लोचदार बल उत्पन्न होता है। बेशक, दोनों शरीर हमेशा विकृत होते हैं।

लोचदार बल की एक महत्वपूर्ण विशेषता यह है कि यह परस्पर क्रिया करने वाले निकायों की संपर्क सतह के लंबवत निर्देशित होता है, और यदि छड़, डोरियों, सर्पिल स्प्रिंग्स जैसे निकाय बातचीत में भाग लेते हैं, तो लोचदार बल उनकी कुल्हाड़ियों के साथ निर्देशित होता है।

आवेदन के बिंदु और प्रत्येक बल की दिशा को जानना आवश्यक है। यह निर्धारित करने में सक्षम होना महत्वपूर्ण है कि शरीर पर कौन से बल कार्य करते हैं और किस दिशा में। बल को न्यूटन में मापा जाता है। बलों के बीच अंतर करने के लिए, उन्हें निम्नानुसार नामित किया गया है

प्रकृति में अभिनय करने वाले मुख्य बल नीचे दिए गए हैं। समस्याओं को हल करते समय गैर-मौजूद ताकतों का आविष्कार करना असंभव है!

प्रकृति में अनेक शक्तियाँ हैं। यहां हम उन बलों पर विचार करते हैं जिन्हें स्कूल भौतिकी पाठ्यक्रम में गतिकी का अध्ययन करते समय माना जाता है। अन्य बलों का भी उल्लेख किया गया है, जिनकी चर्चा अन्य वर्गों में की जाएगी।

गुरुत्वाकर्षण

ग्रह का प्रत्येक पिंड पृथ्वी के गुरुत्वाकर्षण से प्रभावित होता है। जिस बल से पृथ्वी प्रत्येक पिंड को आकर्षित करती है वह सूत्र द्वारा निर्धारित किया जाता है

आवेदन का बिंदु शरीर के गुरुत्वाकर्षण के केंद्र में है। गुरुत्वाकर्षण हमेशा लंबवत नीचे की ओर इशारा करते हुए.

घर्षण बल

आइए घर्षण बल से परिचित हों। यह बल तब उत्पन्न होता है जब पिंड गति करते हैं और दो सतहें संपर्क में आती हैं। बल इस तथ्य के परिणामस्वरूप उत्पन्न होता है कि सतहें, जब एक माइक्रोस्कोप के नीचे देखी जाती हैं, वे चिकनी नहीं होती हैं जितनी वे लगती हैं। घर्षण बल सूत्र द्वारा निर्धारित किया जाता है:

दो सतहों के बीच संपर्क बिंदु पर एक बल लगाया जाता है। आंदोलन के विपरीत दिशा में निर्देशित।

समर्थन प्रतिक्रिया बल

एक मेज पर पड़ी एक बहुत भारी वस्तु की कल्पना करें। मेज वस्तु के भार के नीचे झुक जाती है। लेकिन न्यूटन के तीसरे नियम के अनुसार, मेज वस्तु पर ठीक उसी बल के साथ कार्य करती है जिस प्रकार मेज पर रखी वस्तु पर होती है। बल को उस बल के विपरीत निर्देशित किया जाता है जिसके साथ वस्तु मेज पर दबाती है। वह ऊपर है। इस बल को समर्थन प्रतिक्रिया कहा जाता है। बल का नाम "बोलता है" प्रतिक्रिया समर्थन. जब भी समर्थन पर प्रभाव पड़ता है तो यह बल उत्पन्न होता है। आणविक स्तर पर इसकी घटना की प्रकृति। वस्तु, जैसा कि यह थी, अणुओं की सामान्य स्थिति और कनेक्शन (तालिका के अंदर) को विकृत कर दिया, वे बदले में, अपनी मूल स्थिति में लौटने के लिए "प्रतिरोध" करते हैं।

बिल्कुल कोई भी शरीर, यहां तक ​​कि बहुत हल्का (उदाहरण के लिए, एक टेबल पर पड़ी एक पेंसिल), सूक्ष्म स्तर पर समर्थन को विकृत कर देता है। इसलिए, एक समर्थन प्रतिक्रिया होती है।

इस बल को ज्ञात करने का कोई विशेष सूत्र नहीं है। वे इसे एक पत्र के साथ नामित करते हैं, लेकिन यह शक्ति बस है अलग दृश्यलोचदार बल, इसलिए इसे के रूप में दर्शाया जा सकता है

बल समर्थन के साथ वस्तु के संपर्क के बिंदु पर लगाया जाता है। समर्थन के लिए लंबवत निर्देशित।

चूंकि शरीर को एक भौतिक बिंदु के रूप में दर्शाया गया है, बल को केंद्र से दर्शाया जा सकता है

लोचदार बल

यह बल विकृति (पदार्थ की प्रारंभिक अवस्था में परिवर्तन) के परिणामस्वरूप उत्पन्न होता है। उदाहरण के लिए, जब हम एक स्प्रिंग को खींचते हैं, तो हम स्प्रिंग सामग्री के अणुओं के बीच की दूरी बढ़ाते हैं। जब हम वसंत को संपीड़ित करते हैं, तो हम इसे कम करते हैं। जब हम ट्विस्ट या शिफ्ट करते हैं। इन सभी उदाहरणों में, एक बल उत्पन्न होता है जो विरूपण को रोकता है - लोचदार बल।

हुक का नियम

लोचदार बल विरूपण के विपरीत निर्देशित होता है।

चूंकि शरीर को एक भौतिक बिंदु के रूप में दर्शाया गया है, बल को केंद्र से दर्शाया जा सकता है

जब श्रृंखला में जुड़ा होता है, उदाहरण के लिए, स्प्रिंग्स, कठोरता की गणना सूत्र द्वारा की जाती है

समानांतर में जुड़े होने पर, कठोरता

नमूना कठोरता। यंग मापांक।

यंग का मापांक किसी पदार्थ के लोचदार गुणों की विशेषता है। यह एक स्थिर मान है जो केवल सामग्री पर निर्भर करता है, इसका शारीरिक हालत. तन्यता या संपीड़ित विरूपण का विरोध करने के लिए सामग्री की क्षमता की विशेषता है। यंग मापांक का मान सारणीबद्ध है।

ठोस के गुणों के बारे में अधिक जानें।

शरीर का वजन

शरीर का भार वह बल है जिसके साथ कोई वस्तु किसी सहारे पर कार्य करती है। आप कहते हैं कि यह गुरुत्वाकर्षण है! भ्रम निम्नलिखित में होता है: वास्तव में, अक्सर शरीर का वजन गुरुत्वाकर्षण बल के बराबर होता है, लेकिन ये बल पूरी तरह से भिन्न होते हैं। गुरुत्वाकर्षण वह बल है जो पृथ्वी के साथ परस्पर क्रिया के परिणामस्वरूप उत्पन्न होता है। वजन समर्थन के साथ बातचीत का परिणाम है। गुरुत्वाकर्षण बल वस्तु के गुरुत्वाकर्षण के केंद्र पर लगाया जाता है, जबकि भार वह बल है जो समर्थन पर लगाया जाता है (वस्तु पर नहीं)!

वजन निर्धारित करने का कोई फार्मूला नहीं है। इस बल को अक्षर द्वारा निरूपित किया जाता है।

समर्थन प्रतिक्रिया बल या लोचदार बल किसी निलंबन या समर्थन पर किसी वस्तु के प्रभाव के जवाब में उत्पन्न होता है, इसलिए शरीर का वजन हमेशा लोचदार बल के समान होता है, लेकिन विपरीत दिशा होती है।

समर्थन और भार की प्रतिक्रिया बल एक ही प्रकृति के बल हैं, न्यूटन के तीसरे नियम के अनुसार वे समान और विपरीत दिशा में निर्देशित हैं। भार एक बल है जो शरीर पर नहीं, बल्कि एक सहारा पर कार्य करता है। गुरुत्वाकर्षण बल शरीर पर कार्य करता है।

शरीर का वजन गुरुत्वाकर्षण के बराबर नहीं हो सकता है। यह या तो कम या ज्यादा हो सकता है, या ऐसा हो सकता है कि वजन शून्य हो। इस राज्य को कहा जाता है भारहीनता. भारहीनता एक ऐसी स्थिति है जब कोई वस्तु किसी सहारे से संपर्क नहीं करती है, उदाहरण के लिए, उड़ान की स्थिति: गुरुत्वाकर्षण है, लेकिन वजन शून्य है!

त्वरण की दिशा निर्धारित करना संभव है यदि आप यह निर्धारित करते हैं कि परिणामी बल कहाँ निर्देशित है

ध्यान दें कि भार एक बल है, जिसे न्यूटन में मापा जाता है। प्रश्न का सही उत्तर कैसे दें: "आपका वजन कितना है"? हम वजन नहीं, बल्कि हमारे द्रव्यमान का नामकरण करते हुए 50 किलो का जवाब देते हैं! इस उदाहरण में, हमारा वजन गुरुत्वाकर्षण के बराबर है, जो लगभग 500N है!

अधिभार- वजन और गुरुत्वाकर्षण का अनुपात

आर्किमिडीज की ताकत

द्रव (गैस) के साथ किसी पिंड की बातचीत के परिणामस्वरूप बल उत्पन्न होता है, जब इसे तरल (या गैस) में डुबोया जाता है। यह बल शरीर को पानी (गैस) से बाहर धकेलता है। इसलिए, इसे लंबवत ऊपर की ओर निर्देशित किया जाता है (धक्का)। सूत्र द्वारा निर्धारित:

हवा में हम आर्किमिडीज के बल की उपेक्षा करते हैं।

यदि आर्किमिडीज बल गुरुत्वाकर्षण बल के बराबर है, तो पिंड तैरता है। यदि आर्किमिडीज का बल अधिक है, तो यह द्रव की सतह पर ऊपर उठ जाता है, यदि कम हो तो डूब जाता है।

विद्युत बल

विद्युत मूल के बल हैं। तब होता है जब आवेश. इन बलों, जैसे कूलम्ब बल, एम्पीयर बल, लोरेंत्ज़ बल, पर विद्युत खंड में विस्तार से चर्चा की गई है।

शरीर पर कार्य करने वाले बलों का योजनाबद्ध पदनाम

अक्सर शरीर को एक भौतिक बिंदु द्वारा तैयार किया जाता है। इसलिए, आरेखों में, आवेदन के विभिन्न बिंदुओं को एक बिंदु पर - केंद्र में स्थानांतरित किया जाता है, और शरीर को एक सर्कल या आयत के रूप में योजनाबद्ध रूप से दर्शाया जाता है।

बलों को सही ढंग से नामित करने के लिए, उन सभी निकायों को सूचीबद्ध करना आवश्यक है जिनके साथ अध्ययन के तहत शरीर बातचीत करता है। निर्धारित करें कि प्रत्येक के साथ बातचीत के परिणामस्वरूप क्या होता है: घर्षण, विरूपण, आकर्षण, या शायद प्रतिकर्षण। बल के प्रकार का निर्धारण करें, दिशा को सही ढंग से इंगित करें। ध्यान! बलों की संख्या उन निकायों की संख्या के साथ मेल खाएगी जिनके साथ बातचीत होती है।

याद रखने वाली मुख्य बात

1) बल और उनकी प्रकृति;
2) बलों की दिशा;
3) अभिनय बलों की पहचान करने में सक्षम हो

बाहरी (शुष्क) और आंतरिक (चिपचिपा) घर्षण के बीच अंतर करें। बाहरी घर्षण संपर्क में ठोस सतहों के बीच होता है, आंतरिक घर्षण उनकी सापेक्ष गति के दौरान तरल या गैस की परतों के बीच होता है। बाहरी घर्षण तीन प्रकार के होते हैं: स्थैतिक घर्षण, फिसलने वाला घर्षण और रोलिंग घर्षण।

रोलिंग घर्षण सूत्र द्वारा निर्धारित किया जाता है

प्रतिरोध बल तब उत्पन्न होता है जब कोई पिंड किसी तरल या गैस में गति करता है। प्रतिरोध बल का परिमाण पिंड के आकार और आकार, उसकी गति की गति और तरल या गैस के गुणों पर निर्भर करता है। कम गति पर, प्रतिरोध बल शरीर की गति के समानुपाती होता है

उच्च गति पर यह गति के वर्ग के समानुपाती होता है

किसी वस्तु और पृथ्वी के पारस्परिक आकर्षण पर विचार करें। उनके बीच, गुरुत्वाकर्षण के नियम के अनुसार, एक बल उत्पन्न होता है

आइए अब गुरुत्वाकर्षण के नियम और गुरुत्वाकर्षण बल की तुलना करें

मुक्त पतन त्वरण का मान पृथ्वी के द्रव्यमान और उसकी त्रिज्या पर निर्भर करता है! इस प्रकार, उस ग्रह के द्रव्यमान और त्रिज्या का उपयोग करके, यह गणना करना संभव है कि चंद्रमा या किसी अन्य ग्रह पर वस्तुएं किस त्वरण से गिरेंगी।

पृथ्वी के केंद्र से ध्रुवों की दूरी भूमध्य रेखा से कम है। इसलिए, भूमध्य रेखा पर मुक्त रूप से गिरने का त्वरण ध्रुवों की तुलना में थोड़ा कम होता है। साथ ही, यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि क्षेत्र के अक्षांश पर मुक्त गिरावट के त्वरण की निर्भरता का मुख्य कारण यह तथ्य है कि पृथ्वी अपनी धुरी के चारों ओर घूमती है।

पृथ्वी की सतह से दूर जाने पर, गुरुत्वाकर्षण बल और मुक्त गिरने का त्वरण पृथ्वी के केंद्र की दूरी के वर्ग के विपरीत बदल जाता है।

विरूपण के दौरान शरीर के कणों की गति के विपरीत दिशा में निर्देशित और शरीर के विरूपण से उत्पन्न होने वाले बल को कहा जाता है लोच बल।

भौतिकी के प्रारंभिक पाठ्यक्रम में, तन्यता या संपीड़न विकृति पर विचार किया जाता है। इन मामलों में, लोचदार बलों को बाहरी बल की कार्रवाई की रेखा के साथ निर्देशित किया जाता है, अर्थात। अनुदैर्ध्य रूप से विकृत धागे, स्प्रिंग्स, छड़, आदि की कुल्हाड़ियों के साथ, या संपर्क निकायों की सतहों के लंबवत।

तन्यता या संपीड़न विरूपण की विशेषता है पूर्ण बढ़ाव:कहाँ पे एक्स 0- प्रारंभिक नमूना लंबाई, एक्स- विकृत अवस्था में इसकी लंबाई। शरीर के सापेक्ष बढ़ाव को अनुपात कहा जाता है।

सहारा या निलंबन की तरफ से शरीर पर लगने वाले लोचदार बल को कहा जाता है समर्थन प्रतिक्रिया बल(निलंबन) या निलंबन तनाव बल.

हुक का नियम: शरीर में उत्पन्न होने वाला लोचदार बल जब यह तनाव या संपीड़न में विकृत हो जाता है, शरीर के पूर्ण विस्तार के समानुपाती होता है और विरूपण के दौरान अन्य कणों के सापेक्ष शरीर के कणों की गति की दिशा के विपरीत निर्देशित होता है:

यहां एक्स- शरीर का विस्तार (वसंत) (एम)। बढ़ाव सकारात्मक होता है जब शरीर को बढ़ाया जाता है और संकुचित होने पर नकारात्मक होता है।

आनुपातिकता कारक क शरीर की कठोरता कहा जाता है, यह उस सामग्री पर निर्भर करता है जिससे शरीर बनाया जाता है, साथ ही इसके ज्यामितीय आयामों और आकार पर भी निर्भर करता है। कठोरता न्यूटन प्रति मीटर (N/m) में व्यक्त की जाती है।

लोचदार बल केवल किसी दिए गए लोचदार शरीर के परस्पर क्रिया करने वाले भागों के बीच की दूरी में परिवर्तन पर निर्भर करता है। लोचदार बल का कार्य प्रक्षेपवक्र के आकार पर निर्भर नहीं करता है और बंद प्रक्षेपवक्र के साथ चलते समय शून्य के बराबर होता है। इसलिए, लोचदार बल संभावित बल हैं।

हम "यांत्रिकी" खंड से कुछ विषयों की समीक्षा जारी रखते हैं। हमारी आज की बैठक लोच के बल को समर्पित है।

यह वह बल है जो यांत्रिक घड़ियों के संचालन को रेखांकित करता है, रस्सा रस्सियों और क्रेन के केबल, कारों और ट्रेनों के सदमे अवशोषक इसके संपर्क में आते हैं। यह एक गेंद और एक टेनिस बॉल, एक रैकेट और अन्य खेल उपकरण द्वारा परीक्षण किया जाता है। यह बल कैसे उत्पन्न होता है, और यह किन नियमों का पालन करता है?

लोच का बल कैसे पैदा होता है?

गुरुत्वाकर्षण के प्रभाव में एक उल्कापिंड जमीन पर गिर जाता है और ... जम जाता है। क्यों? क्या पृथ्वी का गुरुत्वाकर्षण गायब हो जाता है? नहीं। सत्ता यूं ही गायब नहीं हो सकती। जमीन के संपर्क के क्षण में परिमाण में इसके बराबर और दिशा में विपरीत बल द्वारा संतुलित।और उल्कापिंड, पृथ्वी की सतह पर अन्य पिंडों की तरह, आराम पर रहता है।

यह संतुलन बल लोचदार बल है।

सभी प्रकार की विकृति के लिए शरीर में समान लोचदार बल दिखाई देते हैं:

• खींच;
• संपीड़न;
• कतरनी;
• झुकना;
• मरोड़

विरूपण से उत्पन्न होने वाले बलों को लोचदार कहा जाता है।

लोचदार बल की प्रकृति

लोचदार बलों के उद्भव के तंत्र को केवल 20 वीं शताब्दी में समझाया गया था, जब अंतर-आणविक संपर्क की ताकतों की प्रकृति स्थापित की गई थी। भौतिकविदों ने उन्हें "छोटी भुजाओं वाला विशाल" कहा है। इस मजाकिया तुलना का क्या अर्थ है?

पदार्थ के अणुओं और परमाणुओं के बीच आकर्षण और प्रतिकर्षण बल कार्य करते हैं। इस तरह की बातचीत सबसे छोटे कणों के कारण होती है जो सकारात्मक और नकारात्मक चार्ज करते हैं। ये शक्तियां काफी बड़ी हैं।(इसलिए शब्द विशाल), लेकिन बहुत कम दूरी पर ही दिखाई देते हैं।(छोटी भुजाओं के साथ)। अणु के व्यास के तीन गुना के बराबर दूरी पर, ये कण आकर्षित होते हैं, "खुशी से" एक दूसरे की ओर भागते हैं।

लेकिन, छूने के बाद, वे एक-दूसरे को सक्रिय रूप से पीछे हटाना शुरू कर देते हैं।

तन्यता विकृति के साथ, अणुओं के बीच की दूरी बढ़ जाती है। अंतर-आणविक बल इसे छोटा करते हैं। संपीड़ित होने पर, अणु एक दूसरे के पास पहुंचते हैं, जिससे अणु पीछे हट जाते हैं।

और, चूंकि सभी प्रकार की विकृतियों को संपीड़न और तनाव में कम किया जा सकता है, किसी भी विकृति के लिए लोचदार बलों की उपस्थिति को इन विचारों से समझाया जा सकता है।

हुक का नियम

एक हमवतन और समकालीन ने लोच की शक्तियों और अन्य भौतिक मात्राओं के साथ उनके संबंधों का अध्ययन किया। उन्हें प्रायोगिक भौतिकी का संस्थापक माना जाता है।

वैज्ञानिक लगभग 20 वर्षों तक अपने प्रयोग जारी रखे।उन्होंने झरनों के तनाव के विरूपण पर प्रयोग किए, जो उनसे लटके हुए थे विभिन्न कार्गो. निलंबित भार ने वसंत को तब तक फैलाया जब तक कि उसमें उत्पन्न लोचदार बल भार के भार को संतुलित नहीं कर देता।

कई प्रयोगों के परिणामस्वरूप, वैज्ञानिक निष्कर्ष निकालते हैं: लागू बाहरी बल विपरीत दिशा में कार्य करते हुए, परिमाण में इसके बराबर एक लोचदार बल की उपस्थिति का कारण बनता है।

उनके द्वारा तैयार किया गया कानून (हुक का नियम) इस प्रकार है:

शरीर के विरूपण से उत्पन्न होने वाला लोचदार बल विरूपण के परिमाण के सीधे आनुपातिक होता है और कणों की गति के विपरीत दिशा में निर्देशित होता है।

हुक के नियम का सूत्र है:

• एफ मापांक है, अर्थात लोचदार बल का संख्यात्मक मान;
• एक्स - शरीर की लंबाई में परिवर्तन;
• के - शरीर के आकार, आकार और सामग्री के आधार पर कठोरता का गुणांक।

माइनस साइन इंगित करता है कि लोचदार बल कण विस्थापन के विपरीत दिशा में निर्देशित होता है।

प्रत्येक भौतिक नियम के लागू होने की अपनी सीमाएँ होती हैं। हुक द्वारा स्थापित कानून केवल लोचदार विकृतियों पर लागू किया जा सकता है, जब भार हटा दिए जाने के बाद, शरीर के आकार और आयाम पूरी तरह से बहाल हो जाते हैं।

प्लास्टिक निकायों (प्लास्टिसिन, गीली मिट्टी) में ऐसी बहाली नहीं होती है।

सभी ठोसों में कुछ हद तक लोच होती है।लोच में पहला स्थान रबर का है, दूसरा -। यहां तक ​​​​कि कुछ भार के तहत बहुत लोचदार सामग्री प्लास्टिक के गुणों को प्रदर्शित कर सकती है। इसका उपयोग तार के निर्माण के लिए किया जाता है, विशेष टिकटों के साथ जटिल आकार के हिस्सों को काटने के लिए।

यदि आपके पास हाथ से पकड़ने वाला रसोई का पैमाना (स्टीलयार्ड) है, तो अधिकतम वजन जिसके लिए उन्हें डिज़ाइन किया गया है, संभवतः उन पर लिखा हुआ है। मान लीजिए 2 किग्रा. भारी भार को लटकाते समय, उनके अंदर का स्टील स्प्रिंग कभी भी अपने आकार को पुनः प्राप्त नहीं करेगा।

लोचदार बल का कार्य

किसी भी बल की तरह, लोच का बल, कार्य करने में सक्षम।और बहुत उपयोगी। वह है विकृत शरीर को विनाश से बचाता है।यदि वह इसका सामना नहीं करती है, तो शरीर का विनाश होता है। उदाहरण के लिए, एक क्रेन केबल टूट जाती है, एक गिटार पर एक स्ट्रिंग, एक गुलेल पर एक इलास्टिक बैंड, एक पैमाने पर एक स्प्रिंग। इस कार्य में हमेशा ऋणात्मक चिह्न होता है, क्योंकि लोचदार बल स्वयं भी ऋणात्मक होता है।

बाद के शब्द के बजाय

लोचदार बलों और विकृतियों के बारे में कुछ जानकारी के साथ, हम आसानी से कुछ सवालों के जवाब दे सकते हैं। उदाहरण के लिए, बड़ी मानव हड्डियों में एक ट्यूबलर संरचना क्यों होती है?

एक धातु या लकड़ी के शासक को मोड़ें। इसका उत्तल भाग तन्यता विकृति का अनुभव करेगा, और अवतल भाग संपीड़न का अनुभव करेगा। भार का मध्य भाग वहन नहीं करता है। प्रकृति ने इस परिस्थिति का लाभ उठाया, मनुष्य और जानवरों को ट्यूबलर हड्डियों की आपूर्ति की। आंदोलन की प्रक्रिया में, हड्डियों, मांसपेशियों और कण्डरा सभी प्रकार के विकृतियों का अनुभव करते हैं। हड्डियों की ट्यूबलर संरचना उनकी ताकत को बिल्कुल भी प्रभावित किए बिना, उनके वजन को बहुत सुविधाजनक बनाती है।

अनाज की फसलों के तनों की संरचना समान होती है। हवा के झोंके उन्हें जमीन पर झुकाते हैं, और लोचदार बल उन्हें सीधा करने में मदद करते हैं। वैसे तो साइकिल का फ्रेम भी ट्यूब से बना होता है, छड़ का नहीं: वजन काफी कम होता है और धातु की बचत होती है।

रॉबर्ट हुक द्वारा स्थापित कानून ने लोच के सिद्धांत के निर्माण के आधार के रूप में कार्य किया। इस सिद्धांत के सूत्रों के अनुसार की गई गणना की अनुमति है ऊंची इमारतों और अन्य संरचनाओं के स्थायित्व को सुनिश्चित करना.

यदि यह संदेश आपके लिए उपयोगी था, तो मुझे आपको देखकर खुशी होगी