Зміну форми та (або) розмірів тіла називають деформацією.
Деформації, які повністю зникають після припинення дії на тіло зовнішніх сил, називають пружними; деформації, які зберігаються, називають пластичними.
Причина виникнення і пружної, і пластичної деформацій полягає в тому, що під дією сил, прикладених до тіла, його різні частини зміщуються одна відносно одної. За характером зміщення частин розрізняють деформації стиснення, розтягнення, зсуву, вигину, кручення.
Під час стискання твердого тіла шари його молекул зміщуються в напрямку дії сили, унаслідок чого розміри тіла зменшуються. Таку деформацію називають деформацією стиснення — її зазнають ніжки столів і стільців,
Якщо ж тіло розтягувати, шари молекул розійдуться і тіло також змінить свої розміри. Таку деформацію називають деформацією розтягнення — її зазнають троси, ланцюги в підіймальних пристроях, стяжки між вагонами тощо.
Фізичну величину, яка дорівнює зміні довжини тіла при деформації розтягнення або стиснення, називають видовженням Δl (або x):
де l — довжина деформованого тіла; l0 початкова довжина тіла.
Сипа пружності Fпруж — це сила, яка виникає під час деформації тіла і намагається по вернути тіло в недеформований стан.
Вивчаючи деформацію тонких довгих стрижнів, англійський природознавець Роберт Гук (1635-1703) установив закон, який згодом отримав назву закон Гука:
У разі малих пружних деформацій розтягнення або стиснення сила пружності прямо пропорційна видовженню тіла:
Знак «-» показує, що сила пружності напрямлена в бік, протилежний видовженню.
Закон Гука можна записати і для модулів:
де x = Δl — видовження.
Оскільки сила пружності прямо пропорційна видовженню тіла, то графік залежності Fпруж (|x|) — пряма лінія.
Коефіцієнт пропорційності k називають жорсткістю тіла (стрижня, балки, шнура, пружини). Жорсткість тіла можна визначити, скориставшись законом Гука:
Одиниця жорсткості в СІ — ньютон на метр:
• Жорсткість — це характеристика тіла, тому вона не залежить ані від сили пружності, ані від видовження тіла.
• Жорсткість залежить: від пружних властивостей матеріалу, з якого виготовлене тіло; від форми тіла та його розмірів.
Відомо, що всі тіла складаються з атомів (молекул, йонів), а ті, у свою чергу, — з ядра, яке має позитивний заряд, і електронної хмари, заряд якої негативний. Між зарядженими складниками частинок речовини існують сили електромагнітного притягання та відштовхування.
Якщо тіло не деформоване, сили притягання дорівнюють силам відштовхування. Під час деформації взаємне розташування частинок у тілі змінюється. Якщо відстань між частинками збільшується, то електромагнітні сили притягання стають більшими, ніж сили відштовхування, і частинки починають притягуватися одна до одної. Якщо відстань між частинками зменшується, то більшими стають сили відштовхування. Інакше кажучи, частинки речовини «прагнуть» повернутися до стану рівноваги. Таким чином, сила пружності — результат електромагнітної взаємодії частинок речовини.
Зазвичай силу пружності позначають символом Fпруж. Однак є сили пружності, для позначення яких використовують окремі символи.
Якщо тіло розташоване на опорі, то опора деформується (прогинається). Деформація опори спричиняє появу сили пружності, яка діє на тіло перпендикулярно до поверхні опори. Цю силу називають силою нормальної реакції опори та позначають символом N.
Якщо тіло закріпити на підвісі (нитці, джгуті, шнурі), то підвіс деформується (розтягнеться) і діятиме на тіло з певною силою пружності, напрямленою вздовж підвісу, — силою натягу підвісу T.
Усі тіла внаслідок гравітаційного притягання стискають або прогинають опору або розтягують підвіс. Силу, яка характеризує таку дію тіл, називають вагою і позначають символом P.
На рисунках показано, як виникає ця сила, якщо тіло розташоване біля поверхні Землі і діє на горизонтальну опору або вертикальний підвіс.
У таких випадках відповідно до третього закону Ньютона вага тіла за модулем дорівнює силі нормальної реакції опори або силі натягу підвісу та напрямлена протилежно їм: P = -N; P = -T.
Нам здається, що в невагомості перебувають тільки космонавти на орбіті, а перевантаження зазнають лише льотчики під час виконання фігур вищого пілотажу та космонавти. Але це не так.
Інтерактивна симуляція "Фізика в школі" (Ліфт)
Стан тіла, за якого вага тіла дорівнює нулю, називають станом невагомості.
У стані невагомості на тіло діє тільки сила тяжіння (тіло вільно падає), і навпаки: якщо тіло рухається тільки під дією сили тяжіння, воно перебуває у стані невагомості.
Інтерактивна симуляція "Фізика в школі" (Невагомість)
* Розв'язування задачі на цій сторінці передбачає використання мультимедійної дошки. В підручнику розв'язування задачі на сторінці 77.
Задача. Літак виконує «мертву петлю», описуючи у вертикальній площині коло радіуса 250 м. У скільки разів вага льотчика в нижній частині траєкторії більша за силу тяжіння, якщо швидкість руху літака 100 м/с?
