УПРУГОСТЬ

УПРУГОСТЬ свойство
макроскопич. тел сопротивляться изменению их объёма или формы под воздействием
механич. напряжений. При снятии приложенного напряжения объём и форма упруго
деформированного тела восстанавливаются.

У. тел обусловлена силами
взаимодействия атомов, из к-рых они построены. В твёрдых телах при темп-ре
абс. нуля в отсутствии внеш. напряжений атомы занимают равновесные положения,
в к-рых сумма всех сил, действующих на каждый атом со стороны остальных,
равна нулю, а потенциальная энергия атома минимальна. Кроме сил притяжения
и отталкивания, зависящих только от расстояния (рис. 1) между атомами (центр.
силы), в многоатомных молекулах и макроскопич. телах действуют также угловые
силы, зависящие от т. н. валентных углов между прямыми, соединяющими данный
атом с различными его соседями (рис. 2). При равновесных значениях валентных
углов угловые силы также уравновешены. Энергия макроскопич. тела зависит
от межатомных расстояний и валентных углов, принимая миним. значение при
равновесных значениях этих параметров.

Под действием внеш. напряжений
атомы смещаются из своих равновесных положений, что сопровождается увеличением
потенциальной энергии тела на величину, равную работе внеш. напряжений
по изменению объёма и формы тела. После снятия внеш. напряжений конфигурация
упруго деформированного тела с неравновесными межатомными расстояниями
и валентными углами оказывается неустойчивой и самопроизвольно возвращается
в равновесное состояние, точнее, атомы колеблются около равновесных положений.
Запасённая в теле избыточная потенциальная энергия превращается в кинетич.
энергию колеблющихся атомов, т. е. в тепло. Пока отклонения межатомных
расстояний и валентных углов от их равновесных значений малы, они пропорциональны
действующим между атомами силам, подобно тому как удлинение или сжатие
пружины пропорционально приложенной силе. Поэтому тело можно представить
как совокупность атомов-шариков, соединённых пружинами, ориентации к-рых
фиксированы др. пружинами (рис. 2). Константы упругости этих пружин определяют
модули
упругости материала, а упругая деформация тела пропорциональна приложенному
напряжению, т. е. определяется Тука законом, к-рый является основой
упругости теории и сопротивления материалов.

При конечных темп-pax (ниже
температур плавления) даже без приложения и снятия внеш. напряжений атомы
совершают малые тепловые колебания около положений равновесия Это приводит
к тому, что модули упругости материала зависят от темп-ры, но не меняет
существа рассмотренных явлений.

В жидкости тепловые колебания
имеют амплитуду, сравнимую с равновесным расстоянием rчего атомы легко меняют своих соседей и не сопротивляются касат. напряжениям,
если они прикладываются со скоростью, значительно меньшей скорости тепловых
колебаний. Поэтому жидкости (как и газы) не обладают упругостью формы.

В газообразном состоянии
ср. расстояния между атомами или молекулами значительно больше, чем в конденсированном.
Упругость газов (паров) определяется тепловым движением молекул, ударяющихся
о стенки сосуда, ограничивающего объём газа.

Лит.: Фейнман Р.,
Лейтон Р., Сэн дс М., Фейнмановские лекции по физике, [в.] 7, М., 1966,
гл. 38, 39; Смирнов А. А., Молекулярно-кинетическая теория металлов, М.,
1966, гл. 2; Френкель Я. И., Введение в теорию металлов, 4 изд., Л., 1972,
гл. 2. А. Н. Орлов.

А Б В Г Д Е Ё Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ъ Ы Ь Э Ю Я