3.6.9. Стержень массы $m$, длины $l$ и сечения $S$ тянут за один конец в продольном направлении с ускорением $a$. Модуль Юнга материала стержня $E$. Колебаний в стержне нет. На сколько удлинится стержень?
Решение
Рассмотрим элементарный участок стержня на расстоянии $x$ от точки приложения силы. Сила натяжения в сечении $x$ равна: $$T(x) = \frac{m}{l} \cdot (l - x) \cdot a$$ Механическое напряжение в сечении $x$: $$\sigma(x) = \frac{T(x)}{S} = \frac{m a (l - x)}{S l}$$ Относительное удлинение элемента $dx$: $$d(\Delta l) = \varepsilon(x) dx = \frac{\sigma(x)}{E} dx = \frac{m a (l - x)}{E S l} dx$$ Полное удлинение стержня: $$\Delta l = \int_0^l d(\Delta l) = \frac{m a}{E S l} \int_0^l (l - x) dx = \frac{m a}{E S l} \cdot \frac{l^2}{2}$$ Окончательно имеем: $$\Delta l = \frac{m a l}{2 E S}$$