Естественные науки

Почему короткую веревку порвать труднее длинной? Объясните по-простому, без заумностей.

Анна Грачева
Анна Грачева
1 829
представим веревку в виде ломаной линии из N растяжимых сегментов

т. к. напряжения по веревке распределяются равномерно то удлинение веревки на S означает удлинение каждого сегмента на S/N

веревка рвется когда удлинение любого из сегментов достигает критического значения. обозначим это значение как Skr. итак если S/N = Skr происходит разрыв. откуда S = N*Skr - удлинение всей веревки при которой происходит разрыв.

если взять две веревки из сегментов одинаковой длины причем N1>N2 (т. е. первая - длиннее) получим
S1 = N1*Skr > N2*Skr = S2

т. е. более длинную веревку нужно больше удлинить до разрыва.

при растягивании происходит накоплении энергии деформации и чем больше удлинение тем большая энергия накоплена. откуда берется энергия? сила которая растягивает веревку совершает работу и за счет этой работы увеличивает энегрию деформации.

поэтому чтобы порвать длинную веревку одной и той же силе придется совершить большую работу чем чтобы порвать короткую

пример: чтобы порвать эспандер с одной "пружиной" нужно развести руки на 50 см. если пружину заменить на 2 соединенные последовательно придется развести руки на 100см (чтобы обе пружины растянулись до той же степени как до этого одна растягивалась) . вот это увеличение расстояния (100-50) и говорит о том что нужна большая работа чтобы порвать "длинную веревку"
Мария Журавлева
Мария Журавлева
17 923
Лучший ответ
Очень умно только все наоборот) длинную веревку порвать легче, чем короткую)
Обротимся к сопромату, утрированно это будет проще. Вспомним следующие допущения:
1) О сплошности материала
2) Принцип Сен-Венана: на значительном удалении нагрузку на сечение можно считать равнораспределённой, т. е. σ = N/S, где σ - нормальное (по оси сечения) напряжение, N - приложенная нормальная сила, S - площадь сечения.
Далее обратимся к диаграмме растяжения и проанализируем её (помним, например, что производители лесок, плетёнок, шнуров и т. д. указывают в большинстве случаев РАЗРЫВНУЮ нагрузку): https://slide-share.ru/slide/242531.jpeg
По сути дела, когда говорят о пропорциональности растяжения усилию, т. е. о законе Гука, речь идёт только о части этой диаграммы. В области появления остаточных напряжений закон Гука уже не действует. После идёт зона текучести, которую стоит рассматривать уже в контексте теории прочности, ибо тело уже не ведёт здесь себя как однородно твёрдое: сила не растёт а растяжение продолжается (соответственно происходит и изменение площади сечения). При достижении σ(текуч) происходит значительное разрушение структуры материала, появляются артифакты (типа линий Чернова), свидетельствующие о том, что тело претерпевает катастрофические изменения своей структуры, и эти артифакты распределяются не равномерно по телу, причина - изначально тело не однородно, это кристалическая решётка, образует зёрна "чистого материала, но есть ещё вкрапления, нарушения самой структуры решётки... во там и проявляются линии Чернова. По мимо этого, любой дефект структуры - сам по себе концентратор напряжений, именно там и произойдёт у вас обрыв в первую очередь. Ну и в полной соответствии с теорией вероятности - чем больше длинна лески тем больше вероятность наличия наибольшего артифакта в структуре тела!
И заметьте, мы ещё не говорим не только о σ(разр), но и о σ(уплотн)... Именно по этому чем длиннее нить, леска, тем быстрее она рвётся.

Похожие вопросы