"Механічні властивості твердих тіл"

Урок 72 Механічні властивості твердих тіл

Мета уроку:

Навчальна. Формувати уявлення учнів про механічні властивості твердих тіл та їх характеристики; формувати вміння пояснювати фізичні явища і процеси, планувати  та проводити експерименти.

Розвивальна. Розвивати пізнавальні навички учнів.

Виховна. Виховувати уважність, зібраність, спостережливість.

Тип уроку: комбінований.

Наочність і обладнання: навчальна презентація, комп’ютер, підручник.

Хід уроку

І. ОРГАНІЗАЦІЙНИЙ ЕТАП

1. Провести бесіду за матеріалом § 34

Бесіда за питаннями

1. Чому аморфні тіла ізотропні?

2. Які властивості є характерними для монокристалів?

3. Що таке анізотропія? Наведіть приклади прояву анізотропії кристалів.

4. Чи всі кристалічні тіла анізотропні? Наведіть приклади, які підтверджують вашу відповідь.

5. Що таке поліморфізм? Наведіть приклади.

6. У чому особливості будови і властивостей рідких кристалів? Де їх застосовують?

II. АКТУАЛІЗАЦІЯ ОПОРНИХ ЗНАНЬ ТА ВМІНЬ

Що відбудеться якщо:

• на пружинний амортизатор подіяти з певною силою? (під дією сили пружина стиснеться (розтягнеться) – її довжина зменшиться (збільшиться))
• пом’яти в руці шматочок пластиліну? (зміниться його форма)
• натягти тятиву лука? (одночасно зміняться її розміри та форма)

IІІ. ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ

1. Деформація. Види деформації

Деформація – це зміна форми та (або) розмірів тіла.

Проблемне питання

• Яка причина виникнення деформації?

Причина виникнення деформації полягає в тому, що під дією сил, прикладених до тіла, його різні частини рухаються по-різному й у результаті частини тіла зміщуються одна відносно одної.

Якщо після припинення дії зовнішніх сил тіло повністю відновило свої форму і розміри, то воно зазнало пружної деформації; якщо форма і розміри не відновилися, тіло зазнало пластичної деформації.

За характером зміщення частин тіла одна відносно одної розрізняють деформації розтягнення, стиснення, зсуву, вигину, кручення.

Деформація розтягнення. Якщо ж тіло розтягувати, то під дією руки відстань між шарами молекул збільшиться і тіло знову змінить свої розміри. Її зазнають троси, канати, ланцюги в піднімальних пристроях, стяжки між вагонами.

Деформація стиснення. При стисканні твердого тіла зміщуються в напрямку дії сили шари його молекул, у результаті чого розміри тіла зменшуються. Її зазнають стовпи, ніжки столів і стільців, фундаменти будинків.

Деформація зсуву. Шари молекул зсунуться один відносно одного, а саме тіло змінює свою форму. Її зазнають цвяхи та болти, які скріплюють частини різних конструкцій; тканина, яку розрізають ножицями.

Деформація вигину (водночас деформація розтягнення та стиснення). На опуклому боці тіла відстань між шарами молекул збільшується, тобто ця частина тіла зазнає деформації розтягнення. На ввігнутому боці тіла відстань між шарами молекул зменшується – ця частина тіла зазнає деформації стиснення. Середні шари не зазнають ані розтягнення, ані стиснення, а отже, не впливають на міцність конструкції. Саме тому зазвичай їх видаляють, замінюючи стрижні порожніми трубами (рама велосипеда, трубчасті кінцівки кісток, трубчасті стебла злаків).

Деформація кручення. Зсув шарів молекул відбуватиметься неоднаково – кожний шар буде повертатися на певний кут відносно іншого шару. Її зазнають вали всіх машин, гвинти, ключі, викрутки.

2. Механічна напруга

Видовження – це фізична величина, яка дорівнює зміні довжини тіла при деформації розтягнення або стиснення:

Відносне видовження – це фізична величина, яка дорівнює відношенню видовження до початкової довжини тіла :

Механічна напруга – це фізична величина, яка характеризує деформоване тіло й дорівнює відношенню модуля сили пружності до площі поперечного перерізу тіла.

Закон Гука:

У випадку малих пружних деформацій розтягнення та стиснення механічна напруга прямо пропорційна відносному видовженню.

– Модуль Юнга характеризує пружні властивості матеріалу; його визначають експериментально та фіксують у таблицях.

Жорсткість тіла залежить від пружних властивостей матеріалу, з якого виготовлене тіло, і від геометричних параметрів тіла.

Діаграма напруг

– межа пропорційності – найбільша напруга, за якої виконується закон Гука.

– межа пружності – найбільша напруга, за якої деформація залишається пружною.

– межа плинності – напруга, за якої зразок починає подовжуватися без збільшення навантаження.

– межа міцності – найбільша напруга, у разі перевищення якої зразок руйнується.

OAB – ділянка пружних деформацій; BC – ділянка пластичних деформацій;

CD – ділянка плинності матеріалу; EK – руйнування зразка

3. Пружність, пластичність, крихкість

Пружні матеріали: матеріали, які виявляють пружні властивості за порівняно великих деформацій або за досить тривалої дії.

Пластичні матеріали: матеріали, в яких пружна деформація переходить у пластичну за незначних деформацій.

Крихкі матеріали: Матеріали, які руйнуються за дуже малих деформацій і майже не виявляють пластичних властивостей.

ІV. ЗАКРІПЛЕННЯ НОВИХ ЗНАНЬ І ВМІНЬ

1. Яка механічна напруга виникає у рейці з площею поперечного перерізу 8 см² під дією сили 100 Н?

2. Визначте механічну напругу, яка виникла у сталевому тросі, якщо його відносне видовження становить 0,003. Модуль Юнга вважайте рівним 206 ГПа.

3. Яка механічна напруга виникає в шийці гака підйомного крана під час рівномірного піднімання вантажу масою 6 т? Діаметр шийки гака 28 мм.

4. Циліндр, площа перерізу якого 2 см², під дією вантажу масою 1,05 т стиснувся на 0,025 % початкової довжини. Визначте модуль Юнга матеріалу, з якого виготовлено брусок.

5. На скількох палях діаметром 12 см можна розмістити платформу масою 300 т, якщо допустима напруга на стиск становить 10 МПа?

6. Для виготовлення попередньо напруженого залізобетону сталеві арматурні стрижні довжиною і діаметром видовжують на . Яку силу для цього необхідно прикласти? Модуль Юнга вважайте рівним 220 ГПа.

V. ПІДБИТТЯ ПІДСУМКІВ УРОКУ

Бесіда за питаннями

1. Що таке деформація?

2. Назвіть види деформації. За яких умов вони виникають? Наведіть приклади.

3. Дайте характеристику механічної напруги як фізичної величини.

4. Подайте два формулювання закону Гука. За яких умов виконується цей закон?

5. Що характеризує модуль Юнга? Якою є його одиниця в СІ?

6. У чому полягає явище плинності матеріалу?

7. Що таке межа міцності? Чим пружні матеріали відрізняються від пластичних? від крихких?

VI. Домашнє завдання

Опрацювати § 35, Вправа № 35 (3)