§ 281. Сдвиг

Мы рассмотрели растяжение и сжатие, возникающие под действием двух равных по модулю и противоположно направленных сил. Теперь рассмотрим деформации, обусловленные двумя равными по модулю, противоположно направленными моментами сил.

Представим себе брус, имеющий форму прямоугольного параллелепипеда и лежащий на горизонтальном полу (рис. 462). Действующая на брус сила тяжести , которая приложена в центре тяжести , уравновешивается силой реакции со стороны пола . Так как брус неподвижен, то сила реакции должна быть приложена в точке  бруса, находящейся на одной вертикали с центром тяжести  (рис. 462, а). Пусть теперь к верхней грани бруса приложена горизонтальная сила  такая, что брус перекашивается, но не скользит по полу (рис. 462, б). Раз брус покоится, значит, на него действует еще одна сила, равная по модулю силе  и направленная в противоположную сторону. Этой силой, очевидно, является сила трения . Сила  вместе с силой  образуют пару сил, которая должна была бы вызывать вращение бруса вокруг оси, перпендикулярной к плоскости чертежа. Однако брус покоится; следовательно, существует другая пара сил, которая уравновешивает первую.

Рис. 462. а) Прямоугольный брус находится под действием двух уравновешивающихся сил  и . б) Брус находится под действием двух уравновешивающихся пар сил, в результате чего брус перекошен

Нетрудно найти вторую пару сил. Если при отсутствии силы  сила  была приложена в точке , то при наличии силы  реакция пола на брус несколько изменится и сила реакции  будет приложена в точке , лежащей на рисунке правее точки . В результате получается пара сил  и , которая стремится вращать брус в направлении, противоположном тому, в котором вращался бы брус под действием пары сил  и . Так как брус покоится, то пара сил  и  уравновешивается парой сил  и . Действие этих пар сил вызывает перекашивание бруса, и его сечение вместо прямоугольной формы приобретает форму параллелограмма.

Очевидно, такого же характера деформация произойдет и с любым прямоугольным параллелепипедом, который мы мысленно выделим в рассматриваемом теле. Деформацию, при которой прямой параллелепипед, взятый в теле, превращается в наклонный, имеющий объем, равный объему недеформированного параллелепипеда, называют сдвигом. Рис. 463 показывает, что сдвиг всегда сопровождается и растяжением и сжатием (диагональ  удлиняется, а диагональ  укорачивается).

Рис. 463. Сдвиг сопровождается удлинением  по направлению  и укорочением по направлению

Сдвиг — очень распространенный вид деформации. Прежде всего, сдвиг имеет место во всех трущихся твердых телах как при трении покоя, так и при трении скольжения. Например, если тащат по полу тело, то и тело и пол находятся в состоянии сдвига. В состоянии сдвига находятся заклепки, связывающие два железных листа (рис. 464), если листы подвергнуты растяжению. Очень важным случаем сдвига являются деформации среды, когда в ней распространяются так называемые поперечные волны (которые будут рассмотрены в разделе «Колебания и волны» тома III).

Рис. 464. При растягивании склепанных железных листов заклепки подвергаются сдвигу

Если деформация сдвига переходит в пластическую, то происходит перемещение одних слоев тела вдоль других. Таким образом, пластическая деформация сдвига отчасти сходна с течением жидкости: при течении жидкости ее слои непрерывно сдвигаются один вдоль другого. Напомним (§ 263), что упругость сдвига может служить признаком отличия твердого состояния от жидкого: при жидком состоянии вещества упругий сдвиг невозможен.