Сила упругости. Закон Гука (ЕГЭ-ОГЭ)

Деформация — изменение формы и размеров тела. К ней относятся растяжение, сжатие, кручение, сдвиг и изгиб.

Деформации разделяют на упругие и пластические. При упругой деформации после прекращения действия внешней силы тело возвращается к исходным форме и размерам.

Таким образом, деформированное тело восстанавливает свои первоначальные форму и размеры.

В случае пластической деформации после снятия внешней нагрузки деформация сохраняется (возможно, частично), и тело не возвращается к прежним размерам и форме.

В простейшем случае одномерных малых упругих деформаций сила упругости определяется законом Гука:

${\displaystyle {\vec {F}}_{\text{упр.}}=-kx}$,

где ${\displaystyle {\vec {F}}_{\text{упр.}}}$ — сила упругости, ${\displaystyle k}$ — коэффициент упругости (жёсткость тела), ${\displaystyle x}$ — величина удлинения (деформации). Удлинение может обозначаться ${\displaystyle x}$, ${\displaystyle \Delta x}$ или ${\displaystyle \Delta l}$. Жёсткость зависит от формы, размеров и материала тела.

В словесном изложении закон Гука формулируется следующим образом:

Упругая сила, возникающая при деформации, прямо пропорциональна величине удлинения и направлена противоположно смещению частиц тела относительно друг друга.

Сила упругости обеспечивает колебательный процесс в различных системах, например в пружинном маятнике; при малых деформациях его колебания будут гармоническими.

При увеличении величины деформации закон Гука перестаёт действовать, и сила упругости начинает сложным образом зависеть от степени растяжения или сжатия.

Тем не менее во всех случаях ${\displaystyle F}$ остаётся возрастающей (хотя и нелинейной) функцией величины деформации ${\displaystyle \Delta l}$, как при растяжении, так и при сжатии.