Решение до правки #20153 от , автор Valter. Это не текущая версия.

Условие

3.6.8. Колонна Исаакиевского собора в Санкт-Петербурге имеет высоту м. На сколько она сжата под действием собственной тяжести? Плотность гранита кг/м, а его модуль Юнга Па.

Решение

Главная особенность этой задачи заключается в том, что сила сжатия колонны неравномерна: верхняя часть не нагружена ничем, а на самое основание давит весь огромный вес колонны. Рассмотрим два способа нахождения суммарной деформации.

Способ 1. Через среднюю силу

Поскольку колонна однородна и имеет постоянное сечение, сила давления (вес) нарастает линейно по мере движения от вершины к основанию. На самом верху сила равна нулю (верх), а у основания она максимальна и равна полному весу колонны (низ).
Благодаря этой строгой линейной зависимости мы можем использовать среднюю силу, действующую по всей длине колонны:
срверхниз
Запишем закон Гука для всей колонны в целом, подставив в него среднюю силу:
ср

Способ 2. Через интегрирование

Разобьем колонну на бесконечно малые горизонтальные слои толщиной . Пусть координата отсчитывается от вершины колонны вниз (от до ).
На выделенный микрослой, находящийся на глубине , давит вес гранита, расположенного строго выше него. Масса этой части , а сила давления:

Согласно закону Гука, абсолютное сжатие этого бесконечно малого слоя равно:

Чтобы найти полное сжатие всей колонны, проинтегрируем (просуммируем) деформации всех таких слоев от вершины () до основания ():

Как видим, оба метода закономерно приводят к абсолютно идентичному результату.

Вычисление:
Подставим заданные значения, считая ускорение свободного падения м/с:
м
*(При использовании классического для данного задачника значения м/с, расчетное значение составит м, что при округлении до двух значащих цифр дает итоговый ответ).*

Ответ

м