Ar kada nors susimąstėte, kodėl šokliukas (5.3.1 pav.) padeda šokti aukščiau? Kodėl šokliuko strypas atšoka ir stumia jus kaskart aukščiau? Šio efekto paslaptis – spyruoklė, paslėpta šokliuko korpuse. Šiai spyruoklei suspausti reikia išorinės jėgos. Suspaudus spyruoklę, šokliukas atšoka nuo žemės. Įdomu tai, kad kūno svoris yra ta jėga, atsakinga už spyruoklės suspaudimą. Kai spyruoklė suspausta, atsiranda jėga, grąžinanti spyruoklę į pradinę padėtį. Kaip vadinama ši jėga? Kiek jėgos reikia spyruoklei suspausti?
Tamprumo jėgos reikšmė
Tempiant arba spaudžiant spyruoklę, atsiranda tamprùmo jėgà. Tai jėga, atsirandanti deformuojamame (tempiamame, sulenkiamame, suspaudžiamame arba sukamame) kūne (5.3.2 pav.). Deformacija yra kūno matmenų ir formos pasikeitimas. Veikiamas tamprumo jėgos, deformuotas kūnas stengiasi grįžti į pradinę padėtį ir atgauti pradinę formą bei matmenis.
Tamprumo jėga žymima raide Ft ir, kaip kitos jėgos, matuojama niutonais (N).
Tamprumo jėga yra priešingos krypties nei kūną deformuojanti jėga. Spyruoklę tempiant tamprumo jėga priešinasi tempimui, o spaudžiant – spaudimui (5.3.3 pav.). Kūnai, kurie dėl tamprumo jėgos geba grįžti į pradinę padėtį ir atgauti pradinę formą, vadinami tampriaisiais. Tokių kūnų pavyzdžiai – balionas, kempinė, spyruoklė.
5.3.4 paveiksle pavaizduotos vienodo tamprumo spyruoklės. Spyruoklė ilgėja, kai ant jos prikabinamas tam tikros masės svarelis. Kuo svarelių daugiau, tuo spyruoklė labiau pailgėja. Iš to darome išvadą, kad spyruoklės pailgėjimas x tiesiogiai priklauso nuo ją veikiančio sunkio Fs (yra jam proporcingas). Iš paveiksle pateiktų duomenų matyti, kad, du kartus padidėjus sunkiui, tiek pat kartų padidėja ir spyruoklės pailgėjimas x.
Atkreipiame dėmesį, kad kalbama apie tam tikras, bet ne visas medžiagas. Pavyzdžiui, ištempta guma grįš į pradinę padėtį pašalinus ją tempiančią jėgą. Bet tai galioja tik tuo atveju, jei guma ištempta iki tam tikros ribos. Viršijus šią ribą, guma gali nutrūkti.
Taigi tamprumo jėga atsiranda kūnui deformuojantis. Esama įvairių kūno deformacijos būdų: tempimas, gniuždymas (suspaudimas), lenkimas ir sukimas.
Tai įdomu!
Skiriama grįžtamoji (tamprioji) ir negrįžtamoji (netamprioji) deformacija.
Grįžtamoji deformacija būna tada, kai kūnas, nustojus veikti jį deformuojančiai jėgai, atgauna savo formą ir matmenis (5.3.5 pav.), o negrįžtamoji – kai neatgauna (5.3.6 pav.).
Tiriamasis darbas „Gumos tamprumas“
Darbo tikslas: stebėti tempiant deformuojamos gumos pokyčius.
Jums reikės: gumos (pavyzdžiui, guminės juostelės), liniuotės arba matavimo juostos, svarstyklių, lipniosios juostos, skirtingos masės bandinių (galite į kelis maišelius įberti skirtingą smėlio kiekį).
Darbo eiga:
- Persibraižykite lentelę ir į ją surašykite gautus duomenis.
Bandymo Nr. | Bandinio masė (g) | Pradinis gumos ilgis (cm) | Bandinio tempiamos gumos ilgis (cm) | Gumos ilgis nuėmus bandinį (cm) |
1. | | | | |
2. | | | | |
3. | | | | |
- Bandinius pasverkite svarstyklėmis ir rezultatus įrašykite į lentelę.
- Ištieskite gumą ant stalo ir liniuote arba matavimo juosta išmatuokite jos ilgį centimetrais.
- Lipniąja juosta priklijuokite vieną gumos galą prie stalo arba kito paviršiaus taip, kad kitas jos galas karotų.
- Pritvirtinkite bandinį prie laisvojo gumos galo ir stebėkite, kaip ji išsitempia. Išmatuokite ištemptos gumos ilgį centimetrais.
- Nuimkite bandinį ir stebėkite, kaip guma grįžta į pradinę padėtį. Išmatuokite gumos ilgį, užsirašykite duomenis.
- Pakartokite 5–6 veiksmus su kitais bandiniais. Stebėkite, kaip veikia tamprumo jėga, ir nupieškite jos veikimą iliustruojančią schemą.
- Kas nutinka su guma, kai pridedate bandinių ir kai juos nuimate? Ar pastebite kokių nors pokyčių pridėję skirtingos masės bandinių? Jei yra galimybė, pakartokite šį bandymą su skirtingo tipo gumomis ir palyginkite gautus rezultatus. Kaip šis tiriamasis darbas padeda suprasti tamprumo savybes ir jų taikymą kasdieniame gyvenime?
Atlikdami pateiktą tiriamąjį darbą išsiaiškinkite, kuris iš kamuoliukų yra tampriausias.
Tai įdomu!
- Plieninį strypą arba vielą galima pailginti tik apie 1 proc. nuo pradinio ilgio, o gumines medžiagas – net iki 1 000 proc.
- Gumą tempiant galima pailginti tris kartus, palyginti su jos pradiniu ilgiu.
- Jūsų plaukai taip pat yra tamprūs: viena plaukų sruoga gali išlaikyti 100 g masę!
Klausimai ir užduotys
- Nurodykite, kas yra tamprumo jėga. Kaip ji susijusi su deformacija?
- Paaiškinkite, kodėl spyruoklė yra geriausias tamprumo jėgos pavyzdys.
- Pasvarstykite, kaip tamprumo jėga veikia jūsų kasdieniame gyvenime. Pateikite pavyzdžių.
- Pasvarstykite, ar keistųsi tamprumo jėga, jei pakeistume temperatūrą.
- Sukurkite tamprumo jėga paremtą dizaino elementą ar prietaisą, pavyzdžiui, naują gėlių puokštės tvirtinimo būdą, specialų lazdos valdymo mechanizmą ar net naujo dizaino avalynę. Jūsų užduotis – kūrybiškas sprendimas, kuriame tamprumo jėga atlieka svarbų vaidmenį.
Ko išmokome?
- Deformuojant kūną atsiranda tamprumo jėga. Šios jėgos veikiamas deformuojamas kūnas stengiasi grįžti į pradinę padėtį ir atgauti pradinę formą.
- Tamprumo jėga žymima Ft, matuojama niutonais (N).
- Tamprumo jėga visada nukreipta priešinga kūną deformuojančiai jėgai kryptimi.
- Paslaugą teikia UAB "Biznio mašinų kompanija" ir "Star Cloud OÜ"