Оборудование и принадлежности:
• кусок стрейчевой ткани 10 × 20 см;
• мел или маркер;
• два карандаша;
• иголка с ниткой;
• поролоновая губка;
• плотный картон;
• клей ПВА.
Все соприкасающиеся тела действуют друг на друга с некоторой силой, при этом они испытывают деформацию: изгиб, сжатие, растяжение, кручение. В зависимости от свойств материалов эти явления могут быть практически незаметными или же, наоборот, ярко выраженными. Например, стекло – очень твердый и хрупкий материал, но, тем не менее, каждый стеклянный предмет деформируется, просто пределы упругих деформаций очень малы (то есть после них предмет восстанавливается в своих размерах без всяких последствий), и, как правило, мы их не замечаем. Другое дело предметы из резины и прочих эластичных и упругих материалов: мячи, скакалки, губки, пружины и т. д.
Рассматривая рычаг как прямой стержень, мы не принимали во внимание, что при нагрузке он немного деформируется, прогибается. При точных расчетах деформациями пренебрегать нельзя. Крайне важно учитывать данные явления при проектировании домов, мостов и механизмов.
Чтобы наглядно исследовать, какие изменения происходят во время упругих деформаций, предлагаем провести серию не сложных, но показательных экспериментов.
Итак, возьмите кусок стрейчевой ткани или широкую резиновую ленту размерами 10 × 20 см. Для удобства проведения опытов рекомендуем по более узким краям обшить ткань вокруг двух карандашей (рис. 57).
Мелом или маркером нанесите на ткань разметку в виде сетки с квадратными ячейками.
Рис. 57
Опыт № 1. Растяжение. Разведите карандаши в противоположные стороны, растягивая ткань в длину. В результате растягивания вы заметите, что чем больше деформируется ткань, тем у́же она становиться в середине. Форма квадратных ячеек наглядно меняется – они вытягиваются и худеют (рис. 58). Именно так деформируются различные предметы при растяжении.
Рис. 58
Опыт № 2. Сдвиг. Удерживая нижний карандаш неподвижно, начните сдвигать верхний карандаш вправо. По мере все большего смещения станет заметно, как изменяется форма ячеек во время деформации сдвига (рис. 59). Аналогичные явления происходят со стволами деревьев, когда они раскачиваются.
Рис. 59
Опыт № 3. Сжатие. Для исследования деформаций сжатия лучше воспользоваться поролоновой губкой прямоугольной формы.
Так же как и в предыдущем эксперименте, намесите мелом или маркером разметку по всей поверхности губки (рис. 60) (чем больше губка, тем нагляднее результат).
Рис. 60
Положите губку на стол и придавите ее сверху плоским предметом, например толстой книгой. Под весом книги губка сожмется, и вы увидите, как изменилась форма губки и ячеек (рис. 61). Если при растяжении материал сужается в центре, то при сжатии, наоборот, в центре происходит утолщение, а ячейки как бы толстеют.
Рис. 61
Опыт № 4. Кручение. Кручение – это более сложный вид деформаций, в котором сочетаются и сдвиг, и сжатие, и растяжение. Для исследования данного явления можно использовать все ту же губку в форме параллелепипеда, но было бы неплохо воспользоваться губкой цилиндрической формы. Чтобы провести более чистый эксперимент, то есть исключить искажающее воздействие, на торцы размеченной губки приклейте куски картона (рис. 62) и дождитесь, пока клей высохнет.
Затем, удерживая нижний лист картона, начните медленно поворачивать верхний лист.
В результате вы сможете наблюдать, как изменяется форма ячеек. Они будут вытягиваться в ромбы (рис. 63), а при сильном скручивании – несколько худеть.
