1. Đặc trưng của biến dạng đàn hồi:
Trong khi biến dạng:
- Trật tự sắp xếp của các phân tử khơng đổi
- Chỉ làm thay đổi khoảng cách giữa các nguyên tử hoặc phân tử do đĩ thể tích thay đổi và nội năng thay đổi (tăng lên)
- Do nội năng thay đổi nên gĩc hố trị bị biến dạng và các liên kết bị kéo căng. - Khi giải phĩng lực thì biến dạng mất đi nhanh chĩng do nội năng mất đi nhanh. Như vậy biến dạng đàn hồi là biến dạng thuận nghịch.
- Biến dạng đàn hồi cĩ giá trị ε nhỏ.
2. Sự phụ thuộc của các lực tác dụng tương hỗ trong vật rắn vào khoảng cách r giữa các phân tử: các phân tử:
Giữa các phân tử rắn luơn tồn tại các lực hút và lực đẩy: Fhút =
r a − Fđẩy = + n r b Trong đĩ: a,b: hằng số
Từ biểu thức ta thấy lực đẩy chỉ cĩ tác dụng trong khoảng r bé
Từ đồ thị ta thấy khi giảm r thì lực hút tăng và đạt cực đại tại r = rm (Fm ứng với rm gọi là độ bền lý thuyêt)
Tiếp tục giảm r thì lực hút giảm. Đến khi r = r0 thì lực hút cân bằng với lực đẩy. Đây là điều kiện cân bằng bền vững của hệ thống.
Tại đây muốn các phân tử gần nhau hơn thì phải tác dụng một lực lớn hơn lực đẩy (nén) và ngược lại muốn các phân tử xa nhau hơn thì phải tác dụng một lực lớn hơn lực hút (kéo).
- Để phá huỷ hệ thống thì cần một lực lớn hơn Fm (làm cho các phân tử rất xa nhau). - Từ đồ thị ta thấy tại r0 thì năng lượng của hệ thống đạt cực tiểu.
- Cơng cần thiết để tách các phân tử rất xa nhau bằng Em. (Em gọi là độ sâu của hố thế năng).
- Cũng từ đồ thị ta thấy sự thay đổi khoảng cách theo một hướng bất kỳ sẽ gây ra sự mất cân bằng giữa lực hút và lực đẩy trong hệ thống (tức là xuất hiện lực). Các lực này cĩ khuynh hướng khơi phục lại khoảng cách ban đầu do đĩ biến dạng được khơi phục nhanh chĩng.
- Đối với các tinh thể lý tưởng thì Em đồng nhất do đĩ biến dạng đàn hồi ở tinh thể lý tưởng là ở trạng thái cân bằng. Trạng thái này sinh ra do sự thay đổi khoảng cách giữa các phân tử dưới tác dụng của ngoại lực. Khi giải phĩng lực thì biến dạng hồn tồn mất.
3. Quan hệ giữa biến dạng đàn hồi và ứng suất:
Quan hệ giữa biến dạng đàn hồi và ứng suất được biểu diễn bằng định luật Hooke
Lực đẩy Lực hút rm ro Fm F Lực hút
Năng lượng đẩy Năng lượng hút Tổng cộng +E -E Em r r
σ = E . ε l l ∆ = E σ = ε
E : mơ đun đàn hồi
∆l : độ dãn dài sau khi kéo l : chiều dài mẫu
Từ phương trình suy ra quan hệ giữa ε và σ là quan hệ tuyến tính
E =
ε σ
= tgϕ
E: biểu diễn khả năng chống lại biến dạng của vật liệu. E càng lớn suy ra biến dạng càng nhỏ. - Ý nghĩa vật lý của E : E = ε σ = l l ∆ . σ Khi l = ∆l suy ra E = σ
Vậy giá trị của E bằng giá trị của ứng suất tác dụng lên vật để vật giản nở gấp hai lần ban đầu. Tuy nhiên đối với một số vật liệu thì hện tượng này cĩ thể khơng cĩ do giới hạn bền nhỏ hơn giới hạn đàn hồi.
σ ϕ ε σ ε(%) σđàn hồi 1 2 1: vật liệu phá huỹ dịn σđứt < σđàn hồi
- Đối với vật rắn lý tưởng ở biến dạng đàn hồi nĩ ở trạng thái cân bằng và khi tháo lực thì biến dạng mất đi nhanh chĩng với tốc độ gần bằng với tốc độ tiến động.
- Vật rắn thực ở biến dạng đàn hồi vật liệu khơng đạt được trạng thái cân bằng và độ biến dạng (ε) phụ thuộc vào nhiệt độ, vận tốc tác dụng lực.
+ Vận tốc tác dụng lực lớn (tác dụng động) thìđộ biến dạng đàn hồi bé
+ Vận tốc tác dụng lực bé (tác dụng tĩnh) thì dộ biến dạng đàn hồi lớn (E giảm). + Nhiệt độ giảm tương đương với vận tốc tác dụng lực lớn.
+ Tăng nhiệt độ tương đương với vận tốc tác dụng lực bé (do tăng mức độ dao động và giảm lực tương tác giữa các tinh thể)
- Biến dạng đàn hồi xảy ra do xuất hiện các lực tác dụng hút hoặc đẩy giữa các phân tử trong vật thể nên người ta nĩi biến dạng đàn hồi cĩ bản chất năng lượng.
- Khi bị biến dạng nhiệt độ của tinh thể giảm. Sau khi giải phĩng lực và hình dạng khơi phục lại thì nhiệt độ tăng lên lại.
- Biến dạng đàn hồi chỉ xãy ra ở nhiệt độ nhỏ hơn nhiệt độ hố thuỷ tinh.