Хотя абсолютно жестких тел, то есть таких, которые под действием внешних силсовершенно не изменяют своей формы, в природе не бывает, смещения во многихпредметах часто оказываются очень малыми. Например, если я наступлю на обычныйстроительный кирпич, то его высота уменьшится примерно на 1/20000 см. А двалюбых соседних атома в кирпиче станут ближе один к другому на расстояние~1/500000A (2·10 см).Величина эта невероятно мала, но она соответствует совершенно реальнымперемещениям атомов. Конечно, в крупных конструкциях перемещения элементов невсегда малы. Канаты, на которых висит мост через залив Форт (Шотландия), всевремя растянуты примерно на 0,1%, что при их общей длине почти 3 км составляетоколо 3 м. В этом случае атомы железа, расстояние между которыми в ненагруженном состоянии около 2 А, удаляются на величину ~2/1000 А.
Тот факт, что расстояние между атомами действительно изменяется поднагрузкой, был многократно про верен путем постановки самых различных экспериментов.Наиболее наглядные результаты дает стандартный метод измерения межатомныхрасстояний по отклонению пучка рентгеновских лучей при прохождении егочерез кристалл, основанный на явлении дифракции. Более чем полувековаяпрактика позволила довести этот метод до весьма высокой точности. Опытыпоказали, что смещения атомов в металлах, например, строго пропорциональнывеличине, на которую удлиняется (или укорачивается) весь кусок металла.В этих экспериментах наблюдались изменения межатомных расстояний примернодо 1%. На рис. 2 показаны результаты измерений на мягкой стали, в котороймаксимальные смещения атомов были около 0,5%.
Рис. 2. Сравнение напряжений, установленныхэкспериментально с помощью дифракции рентгеновских лучей (методом двухэкспозиций), с расчетными напряжениями, вычисленными по кривизне изогнутойбалки (отожженная малоуглеродистая сталь). Белый кружок – данные экспериментатораA, черный – экспериментаторов B и C.
Напряжения и деформации, что это?
Все эти рассуждения подводят нас к понятиям “напряжение” и “деформация”. Когдамы говорили о силах, то имели в виду полные величины сил, действующих на тело.Такой силой мог быть любой груз. Когда мы говорили о смещении под нагрузкой, тоимели в виду полные смещения независимо от размеров объекта, будь он большимили малым. Однако все это не позволяет нам сравнивать большой объект подбольшой нагрузкой с малым объектом под меньшей нагрузкой. Например, если изстали одного сорта изготовить крошечную деталь пишущей машинки и корпусвоздушного лайнера, то какие характеристики этого материала, работающего встоль различных условиях, можно было бы сравнивать? Без ответа на этот вопросмы не можем продолжать разговор о материалах и конструкциях. Нужные намвеличины называются напряжением и деформацией. Напряжение – это нагрузка,
