Коэффициент упругости численно равен
силе
, которую надо приложить к
пружине
, чтобы её длина изменилась на единицу
расстояния
.
Содержание
Определение и свойства
Коэффициент упругости по определению равен
силе упругости
, делённой на изменение длины пружины:
Коэффициент упругости зависит как от
свойств
материала
, так и от размеров упругого тела. Так, для упругого стержня можно выделить зависимость от размеров стержня (
площади
поперечного сечения
и
длины
), записав коэффициент упругости как
Величина
называется
модулем Юнга
и, в отличие от коэффициента упругости, зависит только от свойств материала стержня
.
Жёсткость деформируемых тел при их соединении
При соединении нескольких упруго деформируемых тел (далее для краткости —
пружин
) общая жёсткость системы будет меняться. При параллельном соединении жёсткость увеличивается, при последовательном — уменьшается.
Параллельное соединение
При параллельном соединении
пружин с жёсткостями, равными
жёсткость системы равна сумме жёсткостей, то есть
Доказательство
В параллельном соединении имеется
пружин с жёсткостями
Из III закона Ньютона,
(К ним прикладывается
сила
. При этом к пружине 1 прикладывается сила
к пружине 2 сила
… , к пружине
сила
)
Теперь из
закона Гука
(
, где x - удлинение) выведем:
Подставим эти выражения в равенство (1):
сократив на
получим:
что и требовалось доказать.
Последовательное соединение
При последовательном соединении
пружин с жёсткостями, равными
общая жёсткость определяется из уравнения:
Доказательство
В последовательном соединении имеется
пружин с жёсткостями
Из закона Гука (
, где l - удлинение) следует, что
Сумма удлинений каждой пружины равна общему удлинению всего соединения
На каждую пружину действует одна и та же сила
Согласно закону Гука,
Из предыдущих выражений выведем:
Подставив эти выражения в (2) и разделив на
получаем
что и требовалось доказать.
Жёсткость некоторых деформируемых тел
Стержень постоянного сечения
Однородный стержень постоянного сечения, упруго деформируемый вдоль оси, имеет коэффициент жёсткости
где
Е
—
модуль Юнга
, зависящий только от материала, из которого выполнен стержень;
S
— площадь поперечного сечения;
L
0
— длина стержня.
Цилиндрическая витая пружина
Витая цилиндрическая пружина сжатия или растяжения, намотанная из цилиндрической проволоки и упруго деформируемая вдоль оси, имеет коэффициент жёсткости
где
d
D
— диаметр проволоки;
d
F
— диаметр намотки (измеряемый от оси проволоки);