Деформация — изменение формы

Определения и обозначения

Деформация — изменение формы или размеров тела. Например, при нажатии на губку она становится ниже, а при растяжении резинки — длиннее. Тело при этом не обязательно ломается: достаточно заметного изменения его формы или размера. Это слово помогает точно описать, что произошло с предметом.

Упругая деформация — изменение формы, которое исчезает после прекращения действия силы. Например, сжатая губка обычно расправляется, когда её отпускают. Значит, тело возвращается к прежней форме. По этому признаку можно понять, что изменение было временным.

Пластическая деформация — изменение формы, которое сохраняется после прекращения действия силы. Если смять пластилин, он обычно не расправится сам сразу после того, как его отпустили. Новая форма остаётся, и это помогает отличать пластические изменения от упругих. Слово «пластическая» здесь описывает результат, а не поломку.

Сила — воздействие одного тела на другое, которое может изменить его форму. Когда ладонь нажимает на губку, она действует на губку; когда пальцы растягивают резинку, они действуют на резинку. Сила может также менять движение тела, но здесь она объясняет, почему тело деформируется. Понимание этого слова помогает не путать причину изменения с самим изменением.

Как это устроено

При нажатии тело сдавливается, при растяжении его части удаляются друг от друга, при сгибании одна часть меняет положение относительно другой. Поэтому меняются форма или размеры предмета. Например, сжатая губка становится тоньше, а согнутая полоска картона — изогнутой. Изменение можно заметить, сравнив тело до воздействия и во время него.

Деформация возникает, когда на тело действует сила: одно тело воздействует на другое. Сожми губку ладонями — ладони надавят на неё, и она изменит форму. Потяни за концы резинки — пальцы приложат силу, и резинка станет длиннее. Надави на пластилин — он расплющится, потому что давление пальцев изменит его форму. Во всех случаях силу можно связать с действием, а деформацию — с получившимся изменением.

После прекращения действия силы некоторые тела возвращаются к прежней форме. Например, отпущенная мягкая губка расправляется, потому что её материал способен восстановить прежнюю форму. Растянутая резинка обычно тоже становится короче, если её не растянуть слишком сильно. Такие изменения называют упругими. Проверить это можно простым наблюдением: убрать руки и посмотреть, восстановилась ли форма.

Если тело не возвращается к прежней форме после того, как его отпустили, изменение называют пластическим. Пластилин после сжатия часто остаётся сплющенным, потому что его форма сохраняется без нажатия. Чтобы изменить её снова, нужно воздействовать на него ещё раз. Пластическая деформация не обязательно означает, что тело останется таким навсегда: достаточно того, что сразу после снятия силы прежняя форма не восстановилась.

Одинаковое действие может дать разный результат, потому что тела сделаны из разных материалов и сила воздействия может быть разной. Слабое нажатие на губку обычно немного её сжимает, а сильное — сильнее меняет форму. Резинка и пластилин ведут себя неодинаково даже при похожем воздействии: резинка чаще распрямляется, а пластилин сохраняет вмятину. Поэтому вид деформации определяют не только по действию, но и по тому, что стало с телом после его прекращения.

Виды деформации

Чтобы пользоваться таблицей, сначала посмотри, что произошло с телом после того, как силу перестали прикладывать. Затем сравни наблюдение со вторым столбцом и выбери подходящий вид деформации. Примеры в последнем столбце помогают проверить свой ответ.

Разбор задач

Задача 1. Ученик сжал мягкую губку, а затем отпустил её. Определите, была ли деформация и к какому виду она относится.

1. Сравним губку до нажатия и во время него: при сжатии её форма изменилась.
2. Изменение формы тела называют деформацией, значит, губка деформировалась.
3. Теперь проверим, что произошло после прекращения действия силы: ученик отпустил губку, и она восстановила прежнюю форму.
4. Если тело возвращается к прежней форме после снятия силы, деформация упругая.

Ответ: губка деформировалась; её деформация упругая, потому что после того, как её отпустили, она расправилась.

Задача 2. Резинку растянули и отпустили; кусок пластилина сжали и оставили. Сравните изменения формы этих тел.

1. Сначала установим, изменилась ли форма: резинка стала длиннее, а пластилин — более плоским. Значит, оба тела деформировались.
2. Посмотрим на резинку после прекращения растягивания. Если она стала прежней длины, её деформация упругая.
3. Проверим пластилин после сжатия: он сохранил новую форму, поэтому это пластическая деформация.
4. Сравним итог: оба тела изменили форму под действием силы, но после снятия воздействия повели себя по-разному.

Ответ: резинка обычно деформировалась упруго, а пластилин — пластически. Вывод основан на том, что резинка вернулась к прежней форме, а пластилин её сохранил.

Задача 3. Для опыта нужно получить временное изменение формы и изменение, которое сохранится. Выберите подходящие действия с пружиной и пластилином и объясните выбор.

1. Нам нужно получить два разных результата: тело должно либо восстановить форму, либо сохранить изменённую.
2. Пружину можно осторожно растянуть и отпустить. Если после этого она вернётся к прежней форме, изменение было временным и упругим.
3. Пластилин можно сжать и убрать руки. Если он останется сплющенным, изменение сохранится после снятия силы и будет пластическим.
4. После каждого действия надо наблюдать за телом, а не угадывать вид деформации по материалу или самому движению рук.

Ответ: осторожно растянуть и отпустить пружину, а пластилин сжать и оставить. Пружина показывает временное изменение, если восстанавливает форму; пластилин — сохраняющееся, если остаётся сплющенным.

Типичные ошибки

Ошибка — считать, что деформация означает только поломку. Так думают, потому что сильное изменение иногда действительно повреждает предмет. Но губка может сжаться и остаться целой: это тоже деформация. Проверь себя: изменилась ли форма или размер тела, даже если оно не сломалось?

Ошибка — называть упругой любую деформацию. Можно запомнить, что многие резинки и пружины возвращаются к форме, и ошибочно решить, будто так бывает всегда. Упругость определяют только после прекращения действия силы. Убери воздействие и проверь: восстановилась форма — деформация упругая.

Ошибка — считать пластическую деформацию обязательно постоянной навсегда. Такое впечатление создаёт слово «сохраняется», но в определении речь о том, что происходит сразу после снятия нагрузки. Пластилин не расправляется сам, хотя его можно снова размять и изменить. Проверь, вернулось ли тело к прежней форме после прекращения воздействия, а не останется ли оно таким навечно.

Ошибка — путать силу с деформацией. Сила — воздействие, а деформация — изменение формы или размеров, которое может возникнуть в результате этого воздействия. Их путают, потому что при нажатии оба события происходят рядом и почти одновременно. Проверь себя вопросами: что действует на тело и что с ним изменилось? В примере с губкой ладонь действует силой, а сжатие губки является деформацией.

Связь с другими темами

Чтобы изучать деформацию, нужно уметь различать тела и материалы, описывать форму предмета и замечать, что меняется при воздействии. Затем можно сравнивать поведение разных материалов, например резинки и пластилина. Понятие силы понадобится при изучении движения тел и их взаимодействия: одно тело может воздействовать на другое. Различение упругих и пластических изменений помогает понимать свойства материалов и выбирать подходящие материалы для изделий.

Что запомнить

• Деформация — изменение формы или размеров тела.
• Деформацию может вызвать действие силы.
• Упругое тело после прекращения действия силы возвращается к прежней форме.
• При пластической деформации тело не возвращается к прежней форме.
• Резинка обычно деформируется упруго, а пластилин — пластически.
• Вид деформации определяют по тому, что происходит с телом после прекращения воздействия.