The solution at revision #18011 of , by emixter. This is not the current version.

Условие

3.6.12∗. При действии продольных сил, растягивающих или сжимающих упругое тело, изменяются не
только его продольные, но и поперечные размеры. Рассмотрите модель ячейки кристалла, в которой связи атомов представлены пружинами. Жесткость диагональных пружин , остальных — . Определите отношение сжатия поперечных пружин к удлинению продольных при малых деформациях.

К задаче $3.6.12$
К задаче

Решение

Для решения задачи буду использовать энергетический подход. Пусть исходная ячейка представляет собой квадрат со стороной . При растяжении ячейки вдоль горизонтальной оси её длина увеличивается на величину удлинения продольных пружин . При этом в поперечном направлении ячейка сжимается, уменьшая свою высоту на величину сжатия поперечных пружин .

Исходная длина диагонали равна . Новая длина диагонали после деформации составляет:

Учитывая, что деформации малы и , пренебрежём квадратичными членами:

Используя формулу :

Следовательно, удлинение каждой диагональной пружины равно:

Полная потенциальная энергия упругой деформации ячейки состоит из энергии двух продольных, двух поперечных и двух диагональных пружин:


По вертикали внешних сил нет, значит при фиксированном :

То есть система принимает такую поперечную деформацию , при которой её потенциальная энергия минимальна. Возьмем производную:


Отсюда:

Окончательно:

Ответ

Альтернативное решение

Для тех, кто любит решать через силы: