13. Деформация на твърдите тела. Видове деформации. Закон на Хук. Граница на еластичност и граница на якост. Групи веществата в зависимост от поведението им при деформация.

Промяната на формата и размерите на твърдите тела под действието на външни сили се нарича деформация. Деформацията се нарича еластична когато след прекратяване на действието на силите, причиняващи деформацията, тя изчезва и тялото възстановява първоначалната си форма и размери. Ако деформацията се запазва и след прекратяване на действието на външните сили, тя се нарича пластична. В зависимост от посоката на действие на деформиращата сила имаме деформация на опъване или натиск, деформация на огъване, на усукване, на хлъзгане, на всестранна обемна деформация и т.н. Всички видове деформации може да бъдат сведени до два основни вида деформации – на опъване и хлъзгане.

13.1. Деформация при едностранно опъване

Нека на тяло с дължина l, закрепено неподвижно в единия си край, действа сила F, перпендикулярно на напречното му сечение S (Фиг. 13.1). Под действието на тази сила тялото се удължава с Δl. Като мярка за деформацията на тялото може да ни служи величината , която се нарича относителна деформация и изразява деформацията, която се пада на единица дължина от деформираното тяло. Относителната деформация е безразмерна величина. Отношението на големината на външната сила F към площта на напречното сечение S на тялото се нарича нормално механично напрежение

В резултат на действието на това механично напрежение в материала възниква равно по големина вътрешно еластично напрежение поради изменението на разположението и взаимодействието на частиците на веществото в кристалната решетка при деформация. Еластичното напрежение е равно на еластичната сила, която действа на единица площ от деформираното тяло. Измерва се в нютон на квадратен метър (N/m²) или паскал (1 Pa=1 N/m²). Еластичните сили са резултат от електромагнитните взаимодействия между атомите и молекулите.

За малки еластични деформации относителната деформация е правопропорционална на механичното напрежение

Тази формула представлява закона на Хук за еластичната деформация. Константата k се изразява чрез друга константа k=1/E. Новата константа Е се нарича модул на линейна деформация или модул на Юнг. Замествайки в закона на Хук, получаваме

Ако изразим от тази формула модула на Юнг, ще получим откъдето следва, че той е числено равен на напрежението, което причинява относителна деформация, равна на единица, т.е. увеличаване на дължината на тялото 2 пъти. Пак от същата формула следва, че модулът на Юнг се измерва в паскали [E]=Pa.

Зависимостта между напрежението и относителната деформация характеризира механичните свойства на твърдите тела. Видът на тази зависимост при разтягане на поликристална пръчка има следния вид (Фиг.13.2).

Фиг. 13.2.

Участъкът от кривата ОА съответствува на правопропорционална зависимост между механичното напрежение и относителната деформация, т.е. в сила е законът на Хук. До точка В деформацията е еластична, а напрежението, което съответства на тази точка се нарича граница на еластичност. След тази точка деформацията става пластична, т.е. ако се премахне деформиращата сила, тялото запазва остатъчна деформация. Точка С се нарича граница на изтегливост. Тялото продължава да се деформира, без да се увеличава напрежението. При по-нататъшното увеличение на напрежението се достига до момент (точка E), в който тялото се счупва. Напрежението, което съответства на тази точка, се нарича граница на якост.

Според вида на диаграмата на разтягане можем да разделим материалите на няколко групи:

• Крехки - с тесни граници на еластична деформация и граница на якост близко до границата на еластичност, например чугун или стъкло;
• Пластични - с широка област на напрежения, при която може да се получи пластична деформация, например меки стомани.