Каталог статей

Согнутую пластиковую линейку заставляет выпрямляться сила упругости.

Когда вы отпускаете линейку, внутри неё срабатывают базовые законы физики:

• Деформация и смещение молекул: Внутри ровной линейки все молекулы пластика находятся в равновесии. Когда вы сгибаете её, с одной стороны молекулы насильно растягиваются, а с другой — сжимаются.
• Межмолекулярные силы: Молекулы «не любят» менять своего положения. Между ними тут же возникают силы электромагнитного взаимодействия: растянутые молекулы стремятся притянуться обратно друг к другу, а сжатые — оттолкнуться.
• Возврат к исходной форме: Сумма этих внутренних сил и образует силу упругости. Она направлена противоположно вашему давлению. Как только вы убираете пальцы, эта сила мгновенно возвращает линейку в её первоначальное, энергетически выгодное состояние.

При большем растяжении пружины сила упругости увеличивается потому, что расстояние между атомами и молекулами материала становится больше, и они начинают сильнее притягиваться друг к другу.

На микроскопическом уровнях этот процесс устроен так:

Все атомы в металле пружины соединены электромагнитными силами и находятся на строго определенном, идеальном для них расстоянии.

• Когда вы растягиваете пружину, вы насильно раздвигаете эти атомы дальше друг от друга.
• Чем сильнее вы их разводите, тем мощнее становится сила их взаимного электромагнитного притяжения (они пытаются вернуть «статус-кво»).
• Это похоже на невидимые микроскопические резинки: чем сильнее растянешь, тем сильнее они тянут обратно.

m = 4 кг
F = mg = 40 Н

При увеличении массы с 4 до 8 кг растяжение пружины увеличится.

Растяжение пружины увеличится ровно во столько же раз, во сколько увеличилась масса груза (так как сила тяжести F = mg вырастет пропорционально массе).

Автомобиль не подпрыгивает на каждой кочке благодаря слаженной работе его подвески, которая гасит энергию ударов.

Когда колесо наезжает на неровность, подвеска с пружинами сжимается, принимая удар на себя и преобразуя его в силу упругости. Если бы были только пружины, машина продолжала бы долго и бесконтрольно раскачиваться. Поэтому главную роль в смягчении и быстром гашении этих колебаний играет амортизатор — он превращает кинетическую энергию прыжка в тепло. Дополнительно мелкие вибрации поглощают колёса сами по себе за счет упругости сжатого воздуха внутри шин.

Где ещё используется сила упругости?

Сила упругости возникает везде, где тела сопротивляются изменению своей формы или размеров:

• батут — сетка и пружины растягиваются под весом человека и выталкивают его вверх.
• стёрка — канцелярский ластик упруго деформируется при сжатии и трении о бумагу, возвращая форму.
• амортизатор велосипеда — работает точно так же, как автомобильный, гася удары за счет упругого элемента (пружины или воздуха).
• дверной доводчик — при открывании двери взводится мощная пружина, сила упругости которой затем плавно закрывает дверь.
• матрас — пружинный или поролоновый блок прогибается под телом и поддерживает его.
• подвеска с пружинами — удерживает кузов машины на весу и поглощает дорожные толчки.
• колёса сами по себе — резиновые шины сжимаются от веса транспорта и неровностей дороги, а давление воздуха возвращает им форму.