Практически все мы владельцы как минимум двух пружинных аккумуляторов: заводной пружины и пружины маятника ручных часов. Упругий элемент пружинных аккумуляторов работает либо на растяжение—сжатие, либо на кручение (сдвиг), либо на изгиб. Рассмотрим, как происходит накопление механической энергии в каждом из них. На упругий элемент, скажем, стальной стержень, действует сила, зависящая от степени осадки (перемещения конца) элемента. Эта сила может как сжимать, так и растягивать стержень. Чем значительнее, тем большая приложена сила, причем эта зависимость пропорциональна жесткости стержня. Аналогично определяется энергия, накопленная в упругих элементах других типов. Правда, сила не всегда прямолинейно зависит от перемещения, и тогда ее среднюю величину вычислить несколько труднее: приходится отыскивать предельную сумму — интеграл элементарных энергий. Но в принципе картина явления остается прежней.
Когда стержень растянут или сжат, его поперечное сечение напряжено равномерно и одинаково и можно сказать, что оно одинаково участвует в накоплении энергии. Это свойство в данном случае имеет столь же важное значение, как своевременное таможенное оформление в россии. А как обстоит дело в других случаях? Торсион, т. е. стержень, работающий па скручивание, скручен: один его торец повернут относительно другого на определенный угол. Если внешние слои торсиона напряжены сильно, то внутренние — гораздо меньше, а осевой участок вообще не напряжен. Значит, здесь материал «работает» уже неравномерно: внешние слои накапливают больше энергии, чем внутренние. Можно было бы и убрать эти внутренние слои, выполнив торсион в виде трубки, однако она при очень тонких стенках способна потерять устойчивость. То же самое наблюдается и при изгибании балок. Один внешний слой растянут, другой сжат, а средний (нейтральный) не напряжен вовсе: опять неравноценное аккумулирование энергии по сечению. Анализируя остальные два случая, приходим к выводу, что проволочка пружины при растяжении—сжатии работает на кручение, как торсион, а при кручении — на изгиб. Следовательно, и здесь справедливо все сказанное нами об упругих элементах.
|
