Потенциальной энергией деформации называется энергия, которая накапливается в теле при его упругом деформировании. При разгрузке она расходуется на восстановление первоначальной формы и размеров тела.

При статическом нагружении работа внешних сил полностью преобразуется в потенциальную энергию , т.е.

 

. (2.27)

 

На основании закона Гука график зависимости между растягивающей силой и удлинением в пределах упругих деформаций представляет собой прямую (рис. 2.14).

Определим работу силы на перемещении .

Пусть при некотором значении силы удлинение бруса равно . Дадим силе приращение , тогда удлинение вырастет на величину . Элементарная работа силы на этом перемещении равна

 

.

 

Из рисунка 3.12 видно, что эта величина равна площади узкой заштрихованной полоски графика: , поэтому, полная работа

 

.

 

Таким образом, работа (а значит, и потенциальная энергия) равна площади заштрихованного треугольника

(2.28)

 

 

 

Подставляя сюда вместо внешней силы равную ей внутреннюю силу и удлинение по формуле (2.24), получим

(2.29)

E – модуль упругости;

F – площадь поперечного сечения;

L – первоначальная длина стержня

Если поперечное сечение или продольная сила меняются по длине стержня, то потенциальную энергию определяют суммированием по участкам dz :

(2.30)

 

Чтобы судить об энергоемкости материала, вводят понятие удельной потенциальной энергии (как потенциальная энергия, приходящаяся на единицу объема бруса):

 

где – объем стержня. С учетом формул (2.5) и (2.3) имеем

 

(2.31)

В системе СИ за единицу работы и энергии принят джоуль [Дж], тогда удельная энергия деформации выражается в Дж/м3.

Из формулы (2.31) следует, что при одном и том же напряжении запас энергии тем больше, чем меньше . Поэтому, например, резина является одним из самых энергоемких материалов, и ее используют в амортизирующих устройствах для смягчения динамических воздействий.

 

12. Основные геометрические характеристики плоских сечений.

Площадь, статические и осевые, полярный и центробежный моменты инерции; вычисление центра тяжести и моментов инерции составного сечения. Моменты инерции сечений в виде простых фигур: прямоугольника, треугольника, круга и его частей.