Цели:
- продолжить изучение механических свойств
твердых тел; закреплять знание формул и
формировать умение применять их при решении
задач; - развивать логическое мышление, активизировать
познавательный интерес путем введения в
изучаемый материал интересных данных о природе и
человеке; - готовить к сознательному выбору профессии на
основе политехнических знаний; продолжить
формирование представления о связи физических
знаний с природой и человеком.
Оборудование:
- бруски из поролона,
- эластичная тесьма,
- бруски и брусочки из дерева,
- таблицы с заданиями,
- плакаты “Дом” и “Человек”.
Оформление доски:
- слева – недописанные формулы, закрытые
плакатом “Человек”, - справа – таблица с заданиями (10 вариантов),
- закрытая таблицей “Дом”.
План урока:
| № | Этапы урока | Деятельность учителя | Деятельность учащихся | Время в минутах |
| 1 | Оргмомент. Активизация знаний (Беседа по пройденному материалу). |
Задает вопросы, оценивает ответы | Отвечают устно (фронтально) | 4 |
| 2 | Повторение формул | Контролирует правильность ответов | Пишут в тетради и на доске, объясняют | 2 |
| 3 | Решение задач по таблице | Помогает, проверяет | Решают задачи в тетради (по вариантам), ответы выписывают на доску |
5 |
| 4 | Изучение новой темы | Объясняет, создает проблемную ситуацию | Слушают, записывают, участвуют в беседе | 6 |
| 5 | Закрепление новой темы | Объясняет ход решения задачи | Решают, объясняют свое решение | 6 |
| 6 | Сообщения учащихся | Заранее дает задания отдельным учащимся |
Слушают, записываю интересные сведения, по желанию задают вопросы |
5 |
| 7 | Исследование | Создает проблемную ситуацию, направляет ее разрешение |
Выполняют практическую работу, рассказывают о ее результатах |
5 |
| 8 | Контроль усвоения новой темы: самостоятельная работа |
Проверяет усвоение новой темы | Решают задачи с применением новых знаний |
8 |
| 9 | Подведение итогов | Организует проверку и выставляет отметки по итогам работы на уроке |
Участвуют в оценке результатов работы | 2 |
| 10 | Задание на дом | Объясняет содержание и объем домашней работы |
Записывают задание на дом | 1 |
Всего 45 мин
Ход урока
1 этап урока: беседа по пройденному
материалу, активизация знаний.
Вопросы:
- Какие виды деформаций вам известны?
- Продемонстрируйте известные вам виды
деформаций, используя оборудование, имеющееся на
ваших столах (бруски из поролона, эластичную
тесьму, линейки, пружинки). - Какие части здания испытывают такие деформации?
Показать на плакате “Дом”. - Какие деформации испытывают части тела
человека? Показать на плакате “Человек”. - Пластические это деформации или упругие?
- Какие деформации называют упругими? Приведите
другие примеры. - Какие деформации называют пластическими?
Приведите примеры - Какие материалы называют хрупкими? Стекло,
яичная скорлупа – это хрупкие материалы? Почему
же трудно раздавить яйцо, лампочку? - Для чего изготавливают и используют стержни и
балки различных сечений? (показываю несколько
сечений, вырезанных из бумаги) - Что такое предел прочности?
- Что такое предел упругости?
2 этап урока: повторение формул.
Дописать и объяснить формулы:
3 этап урока: решение задач, условия
которых заданы в таблице (номер варианта
соответствует порядковому номеру учащегося по
журналу)
Ученые по скелету животного могут восстановит
его облик. Мы по отдельным данным можем составить
задачу, решить ее и заполнить пустые клеточки
таблицы (материалы по табличному способу задания
условий задач — см. “Проложение1”.)
ЗАДАНИЯ
| № | Механическое напряжение, Па |
Сила, Н | Площадь поперечного сечения, см2 |
Модуль Юнга, ГПа | Относительное удлинение, % | Абсолютное удлинение, мм | Длина, м | Начальная длина, м |
| 1 | 400 | 20 | 4,004 | 4 | ||||
| 2 | 1,76 108 | 5 | 80 | 2 | ||||
| 3 | 7,5 106 | 1,5 105 | 0,05 | 3 | ||||
| 4 | 1,6 109 | 40 | 0,8 | 160 | ||||
| 5 | 15 106 | 100 | 40 | 16 | ||||
| 6 | 2700 | 18 | 300,09 | 300 | ||||
| 7 | 1,6 107 | 320 | 50 | 50 | ||||
| 8 | 2,7 103 | 0,9 | 2 | 10 | ||||
| 9 | 3 107 | 120 | 0,06 | 150 | ||||
| 10 | 25 | 22 | 100 | 100 |
ОТВЕТЫ
| № | Механическое напряжение, Па |
Сила, Н | Площадь поперечного сечения, см2 |
Модуль Юнга, ГПа | Относительное удлинение, % | Абсолютное удлинение, мм | Длина, м | Начальная длина, м |
| 1 | 2 107 | 8 105 | 0,1 | 4 | ||||
| 2 | 8,8 104 | 0,22 | 0,912 | 0,91 | ||||
| 3 | 200 | 15 | 1,5 | 3,0015 | ||||
| 4 | 6,4 106 | 200 | 20,16 | 20 | ||||
| 5 | 2,5 108 | 600 | 0,25 | 16,04 | ||||
| 6 | 5,4 106 | 5 | 0,03 | 90 | ||||
| 7 | 5,1 105 | 16 | 0,1 | 49,95 | ||||
| 8 | 1,8 107 | 1,5 | 0,51 | 0,5 | ||||
| 9 | 3,6 105 | 50 | 90 | 150,09 | ||||
| 10 | 2,2 107 | 5,5 104 | 0,1 | 99,9 |
4 этап урока: объяснение новой темы.
Проблемная ситуация. Какой высоты
можно построить кирпичную стену, если предел
прочности кирпича составляет 1,5 107Па, а
плотность кирпича 1800кг/м3?
Расчеты показывают, что высота стены должна
быть более 800м. Вопрос: можно ли строить стену
такой высоты? Нельзя, т.к. нижние кирпичи начнут
разрушаться, как только нагрузка на них
достигнет предела прочности. Необходим запас
прочности. Записываем новую тему “Запас
прочности”.
Для того, чтобы здания, мосты, тросы, трубы были
надежными, при их проектировании конструкторы
учитывают необходимый запас прочности с таким
расчетом, чтобы действительные напряжения не
превышали предела упругости. Запас прочности
называют еще коэффициентом безопасности. В
зависимости от условий эксплуатации объекта
запас прочности может быть от 2 до 10. Для
нахождения запаса прочности предельное
напряжение (предел прочности) делим на
действительное напряжение, действующее в том или
ином сечении конструкции.
Запасом прочности очевидно обладают и стволы
деревьев, и кости скелета животных и человека.
5 этап урока: закрепление новых знаний.
Задача. В процессе вытяжения бедренной кости с
наружным диаметром 30мм и толщиной стенок 4мм она
удлинилась на 0,53мм под действием нагрузки в 900кг.
Определить первоначальную длину кости, если
модуль Юнга для костной ткани составляет 22,5 103кПа.
Найти запас прочности кости, если она может
выдержать вес автомобиля “Волга”. (Ответ 43,3см)
6 этап урока: сообщения учащихся.
1. “Об измерении океанских глубин”
Средняя глубина океана 4км, но в отдельных
местах дно лежит ниже раза в два и больше. Чтобы
измерить подобную глубину, нужно опустить
лот-линь на проволоке длиной свыше 10 км. Но такая
проволока сама имеет значительный вес. Не
разорвется ли она под действием собственного
веса? Вопрос не праздный, расчет подтверждает его
уместность. Предельная длина, при которой
проволока разрывается под действием
собственного веса для некоторых материалов
составляет: свинец – 200 м, цинк – 2,1км, медь – 4,4
км, железо – 7,5 км, сталь – 25 км. Казалось бы, сталь
вполне подойдет для нашего случая. Но
практически нельзя пользоваться отвесом такой
длины, — это значило бы – подвергать его
недопустимым (предельным) нагрузкам. Необходимый
запас прочности для стали равен4. В случае
погружения в воду допустимая с учетом запаса
прочности длина отвеса увеличивается за счет
действия Архимедовой силы на 1/8 первоначального
значения. Тогда длина стального отвеса может
составлять примерно 8,8км, но глубочайшее место
океана лежит еще ниже. Приходится, поэтому, брать
меньший запас прочности и крайне осторожно
обращаться с лот-линем, чтобы достичь самых
глубоких мест океана.
2. “Почему деревья не растут до неба?”
“Природа позаботилась о том, чтобы деревья не
росли до неба” — гласит немецкая пословица.
Пользуясь законами физики, можно объяснить,
почему же деревья действительно не могут расти
сколь угодно высоко.
Ясно, что при увеличении высоты дерево, если
только оно остается подобным самому себе
геометрически, должно в некоторый момент
собственным весом раздробить свое основанное
(Вспомните кирпичную стену высотой 800м). Чтобы
уцелеть, высокое дерево должно быть
непропорционально толще низкого. Но увеличении
толщины в свою очередь увеличивает вес дерева, а,
значит, и нагрузку на его основание.
нас поражает прочность соломины, достигающей,
например, у ржи 1,5м высоты при ничтожной толщине в
3мм. Самое стройное сооружение строительного
искусства – труба, достигающая высоты 140м, имеет
поперечник 5,5м. Расчет показывает, что если бы
природе понадобилось создать ствол в 140м по типу
ржаной соломины, то поперечник его должен был бы
быть 3м, только тогда он обладал бы прочностью
стебля ржи. Это мало отличается от того, что
достигнуто человеческой техникой.
7 этап урока: практическая
исследовательская работа.
Тема исследования: от чего зависит
прочность?
Цель исследования: найти способ увеличения
прочности конструкции
Оборудование: бруски, брусочки, лист бумаги.
Ход исследования: возьмите два бруска – опоры,
поставьте их на небольшом расстоянии друг от
друга и положите на них лист бумаги, а сверху один
брусочек. Какой вид деформации испытывает
бумага? Предложите способ увеличения прочности
конструкции. Можно сдвигать и раздвигать опоры,
изменять форму листа, но нельзя использовать
другое оборудование. (Бумагу нужно сложить
гармошкой, можно сблизить опоры, можно сложить
лист бумаги в несколько слоев)
Помещая на усовершенствованную конструкцию
несколько одинаковых брусочков, попытайтесь
найти ее запас прочности.
Защита изобретений может быть перенесена на
следующий урок, тогда можно продолжить работу
дома.
8 этап урока: самостоятельная работа.
Вариант 1. Каков запас прочности
конструкции, предел прочности которой
составляет 7,2 107Па, а нагрузка – 900 тонн на м2?
Ответ: 8.
Вариант 2. Какая сила действует на
каждый квадратный метр сечения конструкции,
предел прочности которой составляет 4,8 106Па
при запасе прочности 6? Ответ: 800кН.
9 этап урока: подведение итогов.
Каждый верный ответ в течение всего урока
фиксировался каждым учеником на личном листе
учета. Подсчитайте баллы и сдайте листы.
Объявление отметок за урок.
10 этап урока: задание на дом.
Готовиться к лабораторной работе “Определение
модуля Юнга для резины”.
Уяснить цель лабораторной работы, знать, каким
оборудованием будем пользоваться при
измерениях, повторить формулы.
Литература:
- Физика 10:Учеб. пособие; Под ред. А.А. Пинского. –
М.: Просвещение, 1993. - Журнал “Физика в школе”: №№3,5 1987г., №4 1988г., №3
2000г. - Перельман Я.И. “Занимательная физика”,
“Занимательная механика”, “Знаете ли вы
физику?” - Приложение можно получить у автора.
ЗАПАС ПРОЧНОСТИ
- ЗАПАС ПРОЧНОСТИ
-
- ЗАПАС ПРОЧНОСТИ
-
в сопротивлении материалов, определяет соотношение между расчётной нагрузкой, обеспечивающей безопасную эксплуатацию конструкции или сооружения, и макс. нагрузкой, к-рая теоретически допустима. В зависимости от назначения объекта и условий его функционирования пользуются разл. определениями и значениями коэфф. З. п.
1) Коэфф. З. п. по напряжениям — отношение допустимого напряжения (предела прочности, предела текучести, предела выносливости при перем. нагрузках) к наибольшему напряжению при заданном типе нагрузок.
2) Коэфф. З. п. по предельным нагрузкам — отношение нагрузки, при к-рой конструкция теряет несущую способность, к расчётной нагрузке.
3) Коэфф. З. <п. по предельной деформации — отношение нагрузки, вызывающей в конструкции в целом или в к.-л. её элементе максимально допустимую характерную деформацию (прогиб, изменение расстояния между узлами и т. п.), к расчётной нагрузке.
Назначение коэфф. З. п.— учитывать механич. св-ва материала, вероятность возникновения случайных перегрузок, степень достоверности расчёта и исходной информации, возможность непредвиденных дефектов (усадочные раковины, выбоины и др.). Выбор значения коэфф. З. п. учитывает необходимость экономии материала и в ряде случаев связан с проблемой создания конструкции мин. веса (напр., косм. аппаратов, самолётов). Наименьшими значениями коэфф. З. п. пользуются в объектах разового кратковременного назначения; наибольшими — в конструкциях долговременного использования, особенно при динамич. нагрузках.
Физический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия.
.
1983.- ЗАПАС ПРОЧНОСТИ
-
в сопротивлении материалов- характеристика состояния сооружения или его элемента в отношении сопротивления их разрушению. Численное значение 3. п. определяется коэф. 3. п. В зависимости от метода расчёта различают след. коэф. 3. п. Коэф. 3. п. п о напряжению — отношение допустимого напряжения (предела прочности, предела текучести, предела выносливости при переменных нагрузках) к наиб. напряжению при заданном типе нагрузок. Выбор в качестве предельного напряжения предела прочности или текучести материала зависит от его свойств — от хрупкостиили пластичности, от типа напряжённого состояния и характера нагружения детали. Соответственно получают коэф. 3. п. по проделу прочности или по пределу текучести. Коэф. 3. п. по предельным нагрузкам — отношение предельной нагрузки, при к-рой несущая способность детали (или сооружения) исчерпывается, к расчётной нагрузке. Коэф. 3. п. по предельным нагрузкам точнее отражает действит. состояние сооружения, однако его определение более трудоёмко. Коэф. 3. п. по предельной деформации — отношение нагрузки, вызывающей в конструкции в целом или в к.-л. её элементе максимально допустимую характерную деформацию (прогиб, изменение расстояния между узлами и др.), к расчётной нагрузке. <Безопасность работы конструкции обеспечивается выбором надлежащего коэф. 3. п. При этом учитываются механич. свойства материала, вероятность возникновения случайных перегрузок, степень достоверности расчёта и исходной информации, возможность непредвиденных дефектов (усадочные раковины, выбоины и др.). Выбор значения коэф. 3. п. учитывает необходимость экономии материала и в ряде случаев связан с проблемой создания конструкции мин. веса (напр., космич. аппаратов, самолётов). Величина коэф. 3. п. колеблется в зависимости от перечисленных факторов от 1,3 до 6 и выше. Наим. значения принимаются для деталей, изготовляемых из высококачеств. материалов при высоком уровне технологии и необходимости снижения веса, а также в объектах разового кратковрем. назначения, наибольшие — в конструкциях долговрем. использования, особенно при динамич. нагрузках.
Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия.
Главный редактор А. М. Прохоров.
1988.
.
Полезное
Смотреть что такое «ЗАПАС ПРОЧНОСТИ» в других словарях:
-
Запас прочности — – избыток природной прочности материала по сравнению с необходимой для его работы в данных условиях. [Словарь основных терминов, необходимых при проектировании, строительстве и эксплуатации автомобильных дорог.] Запас прочности – отношение… … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов
-
ЗАПАС ПРОЧНОСТИ — отношение временного сопротивления или предела текучести к величине напряжения, возникающего в частях данной конструкции. Самойлов К. И. Морской словарь. М. Л.: Государственное Военно морское Издательство НКВМФ Союза ССР, 1941 Запас прочности … Морской словарь
-
Запас прочности — мера превышения фактической разрушающей нагрузки (Pразр) над расчётной нагрузкой (Pрасч). З. п. характеризуется коэффициентом З. п. (η) = Pразр/Pрасч. Для элементов конструкции летательного аппарата З. п. может быть определён как отношение… … Энциклопедия техники
-
запас прочности — сущ., кол во синонимов: 1 • дополнительные возможности (1) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 … Словарь синонимов
-
запас прочности — — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия EN margin of safety … Справочник технического переводчика
-
ЗАПАС ПРОЧНОСТИ — коэффициент, определяющий отношение расчётной нагрузки, обеспечивающей безопасную эксплуатацию конструкции млн. сооружения, и максимальной нагрузки, которая теоретически допустима. Величина З. п. зависит от характера нагрузки и учитывает… … Большая политехническая энциклопедия
-
Запас прочности — это процентное отклонение фактической выручки от пороговой. Чем больше запас прочности, тем менее рискованным является положение фирмы … Экономика: глоссарий
-
запас прочности — atsparumo atsarga statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. strength reserve vok. Festigkeitsreserve, f rus. запас прочности, m pranc. marge de sécurité, f … Fizikos terminų žodynas
-
запас (прочности, мощности) — — [http://slovarionline.ru/anglo russkiy slovar neftegazovoy promyishlennosti/] Тематики нефтегазовая промышленность EN margin … Справочник технического переводчика
-
Запас прочности — Книжн. Резервы сил, выносливости человеческого организма. В нужную минуту у человеческого организма оказываются воистину неиссякаемые запасы прочности, важно только не расслабиться, не отпустить внутренний сцеп отпустишь, и всё в тебе рассыплется … Фразеологический словарь русского литературного языка
Урок физики «Механические свойства твердых тел. Запас прочности»
Кулатаева Г.Б. учитель физики
Цели:
-
продолжить изучение механических свойств твердых тел; закреплять знание формул и формировать умение применять их при решении задач;
-
развивать логическое мышление, активизировать познавательный интерес путем введения в изучаемый материал интересных данных о природе и человеке;
-
готовить к сознательному выбору профессии на основе политехнических знаний; продолжить формирование представления о связи физических знаний с природой и человеком.
Оборудование:
-
бруски из поролона,
-
эластичная тесьма,
-
бруски и брусочки из дерева,
-
таблицы с заданиями,
-
плакаты “Дом” и “Человек”.
Оформление доски:
-
слева – недописанные формулы, закрытые плакатом “Человек”,
-
справа – таблица с заданиями (10 вариантов),
-
закрытая таблицей “Дом”.
План урока:
№
Этапы урока
Деятельность учителя
Деятельность учащихся
Время в минутах
1
Оргмомент. Активизация знаний (Беседа по пройденному материалу).
Задает вопросы, оценивает ответы
Отвечают устно (фронтально)
4
2
Повторение формул
Контролирует правильность ответов
Пишут в тетради и на доске, объясняют
2
3
Решение задач по таблице
Помогает, проверяет
Решают задачи в тетради (по вариантам), ответы выписывают на доску
5
4
Изучение новой темы
Объясняет, создает проблемную ситуацию
Слушают, записывают, участвуют в беседе
6
5
Закрепление новой темы
Объясняет ход решения задачи
Решают, объясняют свое решение
6
6
Сообщения учащихся
Заранее дает задания отдельным учащимся
Слушают, записываю интересные сведения, по желанию задают вопросы
5
7
Исследование
Создает проблемную ситуацию, направляет ее разрешение
Выполняют практическую работу, рассказывают о ее результатах
5
8
Контроль усвоения новой темы: самостоятельная работа
Проверяет усвоение новой темы
Решают задачи с применением новых знаний
8
9
Подведение итогов
Организует проверку и выставляет отметки по итогам работы на уроке
Участвуют в оценке результатов работы
2
10
Задание на дом
Объясняет содержание и объем домашней работы
Записывают задание на дом
1
Всего 45 мин
Ход урока
1 этап урока: беседа по пройденному материалу, активизация знаний.
Вопросы:
-
Какие виды деформаций вам известны?
-
Продемонстрируйте известные вам виды деформаций, используя оборудование, имеющееся на ваших столах (бруски из поролона, эластичную тесьму, линейки, пружинки).
-
Какие части здания испытывают такие деформации? Показать на плакате “Дом”.
-
Какие деформации испытывают части тела человека? Показать на плакате “Человек”.
-
Пластические это деформации или упругие?
-
Какие деформации называют упругими? Приведите другие примеры.
-
Какие деформации называют пластическими? Приведите примеры
-
Какие материалы называют хрупкими? Стекло, яичная скорлупа – это хрупкие материалы? Почему же трудно раздавить яйцо, лампочку?
-
Для чего изготавливают и используют стержни и балки различных сечений? (показываю несколько сечений, вырезанных из бумаги)
-
Что такое предел прочности?
-
Что такое предел упругости?
2 этап урока: повторение формул.
Дописать и объяснить формулы:
3 этап урока: решение задач, условия которых заданы в таблице (номер варианта соответствует порядковому номеру учащегося по журналу)
Ученые по скелету животного могут восстановит его облик. Мы по отдельным данным можем составить задачу, решить ее и заполнить пустые клеточки таблицы (материалы по табличному способу задания условий задач — см. “Проложение1”.)
ЗАДАНИЯ
№
Механическое напряжение, Па
Сила, Н
Площадь поперечного сечения, см2
Модуль Юнга, ГПа
Относительное удлинение, %
Абсолютное удлинение, мм
Длина, м
Начальная длина, м
1
400
20
4,004
4
2
1,76 108
5
80
2
3
7,5 106
1,5 105
0,05
3
4
1,6 109
40
0,8
160
5
15 106
100
40
16
6
2700
18
300,09
300
7
1,6 107
320
50
50
8
2,7 103
0,9
2
10
9
3 107
120
0,06
150
10
25
22
100
100
ОТВЕТЫ
№
Механическое напряжение, Па
Сила, Н
Площадь поперечного сечения, см2
Модуль Юнга, ГПа
Относительное удлинение, %
Абсолютное удлинение, мм
Длина, м
Начальная длина, м
1
2 107
8 105
0,1
4
2
8,8 104
0,22
0,912
0,91
3
200
15
1,5
3,0015
4
6,4 106
200
20,16
20
5
2,5 108
600
0,25
16,04
6
5,4 106
5
0,03
90
7
5,1 105
16
0,1
49,95
8
1,8 107
1,5
0,51
0,5
9
3,6 105
50
90
150,09
10
2,2 107
5,5 104
0,1
99,9
4 этап урока: объяснение новой темы.
Проблемная ситуация. Какой высоты можно построить кирпичную стену, если предел прочности кирпича составляет 1,5 107Па, а плотность кирпича 1800кг/м3?
Расчеты показывают, что высота стены должна быть более 800м. Вопрос: можно ли строить стену такой высоты? Нельзя, т.к. нижние кирпичи начнут разрушаться, как только нагрузка на них достигнет предела прочности. Необходим запас прочности. Записываем новую тему “Запас прочности”.
Для того, чтобы здания, мосты, тросы, трубы были надежными, при их проектировании конструкторы учитывают необходимый запас прочности с таким расчетом, чтобы действительные напряжения не превышали предела упругости. Запас прочности называют еще коэффициентом безопасности. В зависимости от условий эксплуатации объекта запас прочности может быть от 2 до 10. Для нахождения запаса прочности предельное напряжение (предел прочности) делим на действительное напряжение, действующее в том или ином сечении конструкции.
Запасом прочности очевидно обладают и стволы деревьев, и кости скелета животных и человека.
5 этап урока: закрепление новых знаний.
Задача. В процессе вытяжения бедренной кости с наружным диаметром 30мм и толщиной стенок 4мм она удлинилась на 0,53мм под действием нагрузки в 900кг. Определить первоначальную длину кости, если модуль Юнга для костной ткани составляет 22,5 103кПа. Найти запас прочности кости, если она может выдержать вес автомобиля “Волга”. (Ответ 43,3см)
6 этап урока: сообщения учащихся.
1. “Об измерении океанских глубин”
Средняя глубина океана 4км, но в отдельных местах дно лежит ниже раза в два и больше. Чтобы измерить подобную глубину, нужно опустить лот-линь на проволоке длиной свыше 10 км. Но такая проволока сама имеет значительный вес. Не разорвется ли она под действием собственного веса? Вопрос не праздный, расчет подтверждает его уместность. Предельная длина, при которой проволока разрывается под действием собственного веса для некоторых материалов составляет: свинец – 200 м, цинк – 2,1км, медь – 4,4 км, железо – 7,5 км, сталь – 25 км. Казалось бы, сталь вполне подойдет для нашего случая. Но практически нельзя пользоваться отвесом такой длины, — это значило бы – подвергать его недопустимым (предельным) нагрузкам. Необходимый запас прочности для стали равен4. В случае погружения в воду допустимая с учетом запаса прочности длина отвеса увеличивается за счет действия Архимедовой силы на 1/8 первоначального значения. Тогда длина стального отвеса может составлять примерно 8,8км, но глубочайшее место океана лежит еще ниже. Приходится, поэтому, брать меньший запас прочности и крайне осторожно обращаться с лот-линем, чтобы достичь самых глубоких мест океана.
2. “Почему деревья не растут до неба?”
“Природа позаботилась о том, чтобы деревья не росли до неба” — гласит немецкая пословица. Пользуясь законами физики, можно объяснить, почему же деревья действительно не могут расти сколь угодно высоко.
Ясно, что при увеличении высоты дерево, если только оно остается подобным самому себе геометрически, должно в некоторый момент собственным весом раздробить свое основанное (Вспомните кирпичную стену высотой 800м). Чтобы уцелеть, высокое дерево должно быть непропорционально толще низкого. Но увеличении толщины в свою очередь увеличивает вес дерева, а, значит, и нагрузку на его основание.
нас поражает прочность соломины, достигающей, например, у ржи 1,5м высоты при ничтожной толщине в 3мм. Самое стройное сооружение строительного искусства – труба, достигающая высоты 140м, имеет поперечник 5,5м. Расчет показывает, что если бы природе понадобилось создать ствол в 140м по типу ржаной соломины, то поперечник его должен был бы быть 3м, только тогда он обладал бы прочностью стебля ржи. Это мало отличается от того, что достигнуто человеческой техникой.
7 этап урока: практическая исследовательская работа.
Тема исследования: от чего зависит прочность?
Цель исследования: найти способ увеличения прочности конструкции
Оборудование: бруски, брусочки, лист бумаги.
Ход исследования: возьмите два бруска – опоры, поставьте их на небольшом расстоянии друг от друга и положите на них лист бумаги, а сверху один брусочек. Какой вид деформации испытывает бумага? Предложите способ увеличения прочности конструкции. Можно сдвигать и раздвигать опоры, изменять форму листа, но нельзя использовать другое оборудование. (Бумагу нужно сложить гармошкой, можно сблизить опоры, можно сложить лист бумаги в несколько слоев)
Помещая на усовершенствованную конструкцию несколько одинаковых брусочков, попытайтесь найти ее запас прочности.
Защита изобретений может быть перенесена на следующий урок, тогда можно продолжить работу дома.
8 этап урока: самостоятельная работа.
Вариант 1. Каков запас прочности конструкции, предел прочности которой составляет 7,2 107Па, а нагрузка – 900 тонн на м2? Ответ: 8.
Вариант 2. Какая сила действует на каждый квадратный метр сечения конструкции, предел прочности которой составляет 4,8 106Па при запасе прочности 6? Ответ: 800кН.
9 этап урока: подведение итогов.
Каждый верный ответ в течение всего урока фиксировался каждым учеником на личном листе учета. Подсчитайте баллы и сдайте листы.
Объявление отметок за урок.
10 этап урока: задание на дом.
Готовиться к лабораторной работе “Определение модуля Юнга для резины”.
Уяснить цель лабораторной работы, знать, каким оборудованием будем пользоваться при измерениях, повторить формулы.
Про́чность
(в физике и материаловедении) — свойство
материала сопротивляться разрушению
под действием внутренних напряжений,
возникающих под воздействием внешних
сил.
Прочность
подразделяют на статическую, под
действием постоянных нагрузок,
динамическую и усталостную (выносливость),
имеющую место при действии циклических
переменных нагрузок.
Для
конструкций различают общую прочность
— способность всей конструкции
выдерживать нагрузки без разрушения,
и местную — та же способность отдельных
узлов, деталей, соединений.
Допускаемое
(допустимое) напряжение – это значение
напряжения, которое считается предельно
приемлемым при вычислении размеров
поперечного сечения элемента,
рассчитываемого на заданную нагрузку.
Можно говорить о допускаемых напряжениях
растяжения, сжатия и сдвига. Допускаемые
напряжения либо предписываются
компетентной инстанцией (скажем, отделом
мостов управления железной дороги),
либо выбираются конструктором, хорошо
знающим свойства материала и условия
его применения. Допускаемым
напряжением ограничивается максимальное
рабочее напряжение конструкции.
Запас
прочности.
Разность
напряжения, при котором материал теряет
прочность, и допускаемого напряжения
есть тот «запас прочности», который
необходимо предусматривать, учитывая
возможность случайной перегрузки,
неточностей расчета, связанных с
упрощающими предположениями и
неопределенными условиями, наличия не
обнаруженных (или не обнаружимых)
дефектов материала и последующего
снижения прочности из-за коррозии
металла, гниения дерева и пр
Коэффициент
запаса.
Коэффициент
запаса прочности какого-либо элемента
конструкции равен отношению предельной
нагрузки, вызывающей потерю прочности
элемента, к нагрузке, создающей допускаемое
напряжение. При этом под потерей прочности
понимается не только разрушение элемента,
но и появление в нем остаточных деформаций.
Поэтому для элемента конструкции,
выполненного из пластичного материала,
предельным напряжением является предел
текучести. В большинстве случаев рабочие
напряжения в элементах конструкции
пропорциональны нагрузкам, а поэтому
коэффициент запаса определяется как
отношение предела прочности к допускаемому
напряжению (коэффициент запаса по
пределу прочности). Так, если предел
прочности конструкционной стали равен
540 МПа, а допускаемое напряжение – 180
МПа, то коэффициент запаса равен 3.
Механическое
напряжение — это мера внутренних сил,
возникающих в деформируемом теле под
влиянием различных факторов. Механическое
напряжение в точке тела определяется
как отношение внутренней силы к единице
площади в данной точке рассматриваемого
сечения.
Напряжения
являются результатом взаимодействия
частиц тела при его нагружении. Внешние
силы стремятся изменить взаимное
расположение частиц, а возникающие при
этом напряжения препятствуют смещению
частиц, ограничивая его в большинстве
случаев некоторой малой величиной.
Q
— механическое напряжение.
F
— сила, возникшая в теле при деформации.
S
— площадь.
Различают
две составляющие вектора механического
напряжения:
Нормальное
механическое напряжение — приложено
на единичную площадку сечения, по нормали
к сечению (обозначается ).
Касательное
механическое напряжение — приложено
на единичную площадку сечения, в плоскости
сечения по касательной (обозначается
).
Совокупность
напряжений, действующих по различным
площадкам, проведенным через данную
точку, называется напряженным состоянием
в точке.
Более
строго механическое напряжение —
тензорная величина. Компоненты тензора
напряжений
равны отношению компоненты силы
действующей на элементарную площадку
к её площади:
Здесь
под
понимаются компоненты вектора,
образованного из нормали к элементарной
площадке n
и её площади
:
Деформа́ция
(от лат. deformatio — «искажение») — изменение
взаимного положения частиц тела,
связанное с их перемещением относительно
друг друга. Деформация представляет
собой результат изменения межатомных
расстояний и перегруппировки блоков
атомов. Обычно деформация сопровождается
изменением величин межатомных сил,
мерой которого является упругое
механическое напряжение.
Деформации
разделяют на обратимые (упругие) и
необратимые (пластические, ползучести).
Упругие деформации исчезают после
окончания действия приложенных сил, а
необратимые — остаются. В основе упругих
деформаций лежат обратимые смещения
атомов металлов от положения
равновесия(другими словами, атомы не
выходят за пределы межатомных связей);
в основе необратимых — необратимые
перемещения атомов на значительные
расстояния от исходных положений
равновесия (то есть выход за рамки
межатомных связей, после снятия нагрузки
переориентация в новое равновесное
положение).
Пластические
деформации — это необратимые деформации,
вызванные изменением напряжений.
Деформации ползучести — это необратимые
деформации, происходящие с течением
времени. Способность веществ пластически
деформироваться называется пластичностью.
При пластической деформации металла
одновременно с изменением формы меняется
ряд свойств — в частности, при холодном
деформировании повышается прочность.
Простейшей
элементарной деформацией является
относительное удлинение некоторого
элемента:
где
— l1
длина элемента после деформации;
— l2
исходная
длина этого элемента.
Абсолютное
удлинение
Δl = l — l0, где l — длина деформированного
тела, l0 — длина тела в недеформированном
состоянии.
Деформация
растяжения (сжатия). Линейная деформация
возникает при приложении силы F
⃗ вдоль
оси стержня, закрепленного с одного
конца (рис. 3, а, б). При
линейных деформациях
слои
тела остаются параллельными друг другу,
но изменяются расстояния между ними.
Линейную
деформацию характеризуют абсолютным
и относительным удлинением.
На
практике чаще встречаются малые
деформации — такие, что e<<1
.
Соседние файлы в папке 6 вопрос
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
Запас прочности, в сопротивлении материалов, определяет соотношение между расчётной нагрузкой, обеспечивающей безопасную эксплуатацию конструкции или сооружения, и максимальной нагрузкой, которая теоретически допустима. В зависимости от назначения объекта и условий его функционирования пользуются различными определениями и значениями коэфф. Запас прочности
1) Коэффициент запаса прочности по напряжениям — отношение допустимого напряжения (предела прочности, предела текучести, предела выносливости при переменных нагрузках) к наибольшему напряжению при заданном типе нагрузок.
2) Коэффициент запаса прочности по предельным нагрузкам — отношение нагрузки, при которой конструкция теряет несущую способность, к расчётной нагрузке.
3) Коэффициент запаса прочности по предельной деформации — отношение нагрузки, вызывающей в конструкции в целом или в каком-либо её элементе максимально допустимую характерную деформацию (прогиб, изменение расстояния между узлами и т. п.), к расчётной нагрузке.
Назначение коэффициента запаса прочности— учитывать механические свойства материала, вероятность возникновения случайных перегрузок, степень достоверности расчёта и исходной информации, возможность непредвиденных дефектов (усадочные раковины, выбоины и др.). Выбор значения коэффициента запаса прочности учитывает необходимость экономии материала и в ряде случаев связан с проблемой создания конструкции мин.имальноговеса (например, космических аппаратов, самолётов). Наименьшими значениями коэффициента запаса прочности пользуются в объектах разового кратковременного назначения; наибольшими — в конструкциях долговременного использования, особенно при динамических нагрузках.