§ 17. Деформация

Физика, 7 класс. Учебник: Кронгарт Б.А. и др. (Мектеп, 2025). Глава 5: Взаимодействие тел. Страницы 92–95.

Чему научишься

• Объяснять, что такое деформация и почему деформируются оба взаимодействующих тела.
• Отличать упругую деформацию от пластической и приводить примеры.
• Называть виды деформации: растяжение, сжатие, сдвиг, кручение, изгиб.
• Понимать, от чего зависит, будет деформация упругой или пластической.

Разминка

• Что бывает, когда два тела взаимодействуют? Либо меняются их скорости, либо меняется их форма. О скоростях ты уже знаешь, сегодня разбираем второе.
• Что произойдёт с мячом, если на него сильно надавить рукой? Он сомнётся. Отпустишь, и он снова станет круглым.
• А с кусочком пластилина? Тоже сомнётся, но обратно уже не вернётся: вмятина останется.
• Одинаково ли это «сминание»? Нет, и именно в этой разнице весь смысл урока.

💡 Любой предмет в твоей комнате прямо сейчас слегка деформирован: диван под тобой, пол под диваном, даже стол под тетрадью. Просто вмятины настолько малы, что глазом их не увидишь.

Разбираемся

Что такое деформация

Взаимодействие тел не всегда меняет их скорость. Например, ты давишь на стену, а она никуда не едет. Зато при контакте двух тел отдельные их части сдвигаются относительно друг друга, и поэтому меняются форма и размеры.

📌 Деформация — любое изменение формы или размеров тела под действием сил. Слово пришло из латыни: deformatio значит «изменение».

Важная деталь: деформируются оба тела, которые взаимодействуют. Прижми друг к другу два резиновых мяча, и сомнутся оба, а не только один. Растягиваешь эспандер? Он вытягивается, но и твои мышцы тоже деформируются.

Упругая и пластическая: «вернулось» или «не вернулось»

Всё решает один вопрос: что будет, когда сила перестанет действовать?

• Тело вернулось к прежней форме и размерам. Это упругая деформация. Так ведёт себя футбольный мяч, стальная пружина, резиновый шнур.
• Тело осталось «мятым». Это пластическая (неупругая) деформация. Так ведут себя пластилин, глина, мягкий металл.

💡 Мосты, балки, стены и детали машин должны быть упругими: иначе мост после первой же машины остался бы прогнутым. А вот для ковки, штамповки и лепки нужны как раз пластичные материалы.

Один и тот же материал может вести себя по-разному

Упругость не приклеена к веществу навсегда. На характер деформации влияют:

1. величина силы: лёгкое нажатие на пружину обратимо, а слишком сильное растяжение оставит её вытянутой;
2. время действия силы: пластилин, который долго лежит под тяжестью, расплющивается;
3. вещество и его температура.

🌟 Свинец при комнатной температуре неупругий, а при −150 °C становится упругим. Железо, упругое при комнате, при нагреве до 800 °C делается мягким и пластичным, поэтому кузнецы раскаляют заготовки в горне. А пластилиновым молотком, остуженным до −196 °C, можно забивать мелкие гвозди!

⚠️ Частая ошибка. «Упругие тела мягкие, а пластичные твёрдые». Нет. Стальная пружина очень твёрдая, но упругая. А мягкий воск пластичен. Упругость — это про возвращение формы, а не про мягкость.

Пять видов упругих деформаций

В школьном курсе физики мы в основном изучаем упругие деформации. Их пять видов:

👨‍👩‍👧 Родителю. Пусть ребёнок найдёт дома по одному примеру каждого вида деформации. Подойдут мягкая губка (сжатие), резинка для волос (растяжение), линейка, которую слегка изгибают (изгиб), мокрое полотенце (кручение).

Проверь, как понял

Проверь себя

• Что называется деформацией тела? Любое изменение размеров и формы тела под действием сил.
• Как возникает деформация тела? При взаимодействии тел их отдельные части смещаются друг относительно друга, и форма с размерами меняются. Деформируются оба тела.
• Какие виды деформаций вы знаете? Упругая и пластическая (неупругая). Упругие деформации бывают пяти видов: растяжение, сжатие, сдвиг, кручение и изгиб.
• Какая деформация называется упругой? Та, после которой тело, когда сила перестала действовать, снова принимает прежние форму и размеры.
• Какая деформация называется пластической? Та, после которой тело не восстанавливает прежние форму и размеры.
• Приведите примеры упругих тел и их использования в технике и строительстве. Стальные пружины в амортизаторах машин и в часах; металлические балки и фермы мостов, стены зданий; рессоры вагонов (например, в поезде Алматы — Астана).
• Назовите примеры пластичных тел и их использования в производстве. Раскалённое железо при ковке, листовой металл при штамповке кузова машины, глина при изготовлении посуды, пластилин и тесто при лепке.
• Каким образом можно изменить упругие свойства тел? Например? Нагреванием или охлаждением: свинец при −150 °C становится упругим, а железо при 800 °C — мягким и пластичным.
• Объясните, какие деформации испытывают резиновый шнур, воздушный шарик, стальная пружина, свинцовая пластина, кусок глины, пластилин под действием внешней силы. Резиновый шнур, воздушный шарик и стальная пружина деформируются упруго (при не слишком большой силе). Свинцовая пластина при комнатной температуре, глина и пластилин деформируются пластически.
• Приведите примеры, доказывающие, что характер деформации зависит от величины силы, времени её действия и вещества. Величина силы: слегка согнутая линейка выпрямляется, а согнутая слишком сильно ломается или остаётся изогнутой. Время: пластилиновый шарик под тяжёлой книгой за несколько часов расплющивается, а за секунду почти не меняется. Вещество: стальная ложка упруго пружинит, а свинцовая гнётся и остаётся согнутой.
• Где в обыденной жизни можно наблюдать деформации сжатия и растяжения, изгиба, сдвига и кручения? Сжатие: сидение дивана под тобой. Растяжение: эспандер, резинка. Изгиб: полка с книгами. Сдвиг: ножницы режут бумагу. Кручение: отжимаешь мокрую тряпку.

Решаем упражнения

Исследуйте

№ 1

«Исследуйте». Какие виды деформаций изображены на рисунке 17.5? (12 маленьких картинок: мальчик на доске над ручьём, грузовик на балке, санки на верёвке, груз на крюке, отвёртка в доске, дрель, молоток и гвоздь, поршень двигателя, ножницы с бумагой, болтовое соединение, мальчик на лестнице и два рисунка с болтами и грузом.)

Как думать. К каждой картинке задай вопрос: «Что с телом делают: тянут, давят, режут, закручивают или гнут?» Стрелка силы $\vec{F}$ подскажет направление.

Решение.

• Мальчик идёт по доске над ручьём: доска прогибается, изгиб.
• Грузовик стоит на балке, опирающейся на опоры: балка прогибается, изгиб.
• Санки тянут за верёвку: верёвка вытягивается, растяжение.
• Груз висит на крюке и подвесе: подвес вытягивается, растяжение.
• Отвёртка вворачивает шуруп: стержень закручивается, кручение.
• Дрель крутит сверло, оно закручивается, кручение.
• Молоток бьёт по гвоздю: гвоздь сдавливается, сжатие.
• Поршень в цилиндре двигателя сдавливает смесь и шатун: сжатие.
• Ножницы режут бумагу: слои смещаются в противоположные стороны, сдвиг.
• Болтовое соединение с грузом: болт срезает пластины, сдвиг.
• Мальчик на лестнице, прикреплённой к бруску: узел крепления нагружен сбоку, сдвиг (а сама ступень ещё и изгибается).
• Подвешенные на болтах грузы: растяжение.

Ответ: на рисунке есть все пять видов: изгиб, растяжение, сжатие, сдвиг, кручение.

Познай себя

№ 2

«Познай себя». Приведи примеры деформаций, которые возникают в твоём организме.

Как думать. Вспомни, как двигаются твои руки, ноги и позвоночник. Мышцы, кости, суставы и кожа деформируются постоянно.

Пример ответа.

• Растяжение: мышцы и связки растягиваются, когда ты тянешься за книгой на верхней полке; кожа растягивается, когда ты улыбаешься.
• Сжатие: позвоночник и межпозвонковые диски сжимаются, когда ты стоишь или несёшь рюкзак; стопа сжимается при ходьбе.
• Изгиб: позвоночник и рёбра при наклоне, пальцы при сжатии кулака.
• Кручение: шея, когда ты оглядываешься назад; поясница, когда разворачиваешься корпусом.
• Сдвиг: кожа на ладони, когда ты трёшь ладони друг о друга.

Почти все эти деформации упругие: утром ты высокий, к вечеру позвоночник немного «сел», а после сна он снова распрямился.

Ответ: любые верные примеры: сжатие стоп и позвоночника при ходьбе, растяжение мышц, кручение шеи, изгиб позвоночника.

🌟 К вечеру твой рост немного меньше, чем утром (иногда на 1–2 см): диски между позвонками сжаты весом тела. Ночью они снова расправляются.

Экспериментируйте

№ 3

«Экспериментируйте», задача 1. Скрути лист бумаги А4 в рулон и отпусти его. Что произойдёт? Почему?

🧪 Опыт. Понадобится только лист бумаги А4. Всё безопасно.

Как думать. Рулон — это изогнутый лист. Спроси себя: вернётся ли лист к прежней форме?

Решение.

1. Скрути лист в трубку и держи пальцами. Лист изогнут, в нём возникает деформация изгиба.
2. Отпусти. Рулон начнёт раскручиваться и почти распрямится.
3. Почему? Бумага упруго деформирована, и в ней возникла сила упругости, которая старается вернуть листу прежнюю форму.
4. Ровным лист не станет полностью, если ты долго держал его скрученным: небольшая часть деформации стала пластической, и остался изгиб.

Ответ: лист раскручивается (почти распрямляется), потому что деформация изгиба в основном упругая; если держать долго, остаётся небольшой изгиб.

💡 Попробуй: держи рулон 1 секунду, потом 10 минут. Результат разный. Это та самая зависимость от времени действия силы.

№ 4

«Экспериментируйте», задача 2. Возьми кусочек пластилина и надави на него. Что произойдёт? Почему?

🧪 Опыт. Понадобится кусочек пластилина. Подойдёт и тесто для лепки.

Как думать. Сравни с мячом: что остаётся после того, как убрал палец?

Решение.

1. Надави пальцем на пластилин. На нём появится вмятина.
2. Убери палец. Вмятина никуда не денется: пластилин не восстановил форму.
3. Это пластическая деформация. Частицы пластилина сдвинулись и «не вернулись» обратно.

Ответ: на пластилине остаётся вмятина, потому что его деформация пластическая: после прекращения силы форма не восстанавливается.

Шпаргалка

• Деформируются оба взаимодействующих тела.
• Упругое не значит мягкое: сталь твёрдая, но упругая.
• Один и тот же материал может деформироваться и упруго, и пластически: всё зависит от силы, времени и температуры.
• Пять видов упругих деформаций: растяжение, сжатие, сдвиг, кручение, изгиб.

Мини-тест