弹性变形能恒为正值。A. 错B. 对
A. 错
B. 对
题目解答
答案
解析
本题考查弹性变形能的基本性质。解题思路是根据弹性变形能的定义和物理意义来判断其正负性。
弹性变形能是指物体在弹性变形过程中,外力所做的功转化为物体储存的能量。从物理意义上来说,物体发生弹性变形时,外力需要克服物体内部的弹性力做功,这个功就转化为弹性变形能储存起来。
从数学角度来看,弹性变形能的计算公式为 $U = \frac{1}{2} \int_V \sigma_{ij} \epsilon_{ij} dV$ ,其中 $\sigma_{ij}$ 是应力张量,$\epsilon_{ij}$ 是应变张量,$V$ 是物体的体积。在弹性范围内,应力和应变满足胡克定律 $\sigma_{ij} = C_{ijkl} \epsilon_{kl}$ ,其中 $C_{ijkl}$ 是弹性常数张量,且弹性常数张量具有正定性。
对于任意的非零应变状态 $\epsilon_{ij}$ ,由于弹性常数张量 $C_{ijkl}$ 的正定性,有 $\epsilon_{ij} C_{ijkl} \epsilon_{kl}>0$ ,那么 $\sigma_{ij} \epsilon_{ij}=C_{ijkl} \epsilon_{kl} \epsilon_{ij}>0$ 。又因为体积 $V$ 是正的,积分 $\int_V \sigma_{ij} \epsilon_{ij} dV>0$ ,所以弹性变形能 $U = \frac{1}{2} \int_V \sigma_{ij} \epsilon_{ij} dV>0$ 。
当物体没有发生弹性变形时,即应变 $\epsilon_{ij} = 0$ ,此时弹性变形能 $U = 0$ 。
综上,弹性变形能恒为非负值,在有弹性变形时为正值,所以“弹性变形能恒为正值”这一说法是对的。