Большая советская энциклопедия
Стержень
I
Сте́ржень
в сопротивлении материалов, конструктивный элемент, один из размеров которого (длина) намного превосходит два другие. Прямолинейные или криволинейные С., соединённые между собой, образуют стержневые системы (См. Стержневая система). Иногда подобный элемент называют Брусом.
II
Сте́ржень
в теории колебании, упругое твёрдое тело, длина которого значительно превышает его поперечные размеры. При возбуждении С., например ударом, в нём возникают т. н. свободные колебания. Колебательные смещения частиц С. могут быть направлены как вдоль его оси — продольные колебания, так и перпендикулярно оси — крутильные и изгибные колебания. При крутильных колебаниях любое сечение С. закручивается по отношению к близлежащему, при изгибных — точки оси С. смещаются в поперечном направлении, а волокна, параллельные оси и расположенные по разные стороны от неё, испытывают деформации растяжения и сжатия. Любое колебание С. можно представить как сумму простейших синусоидальных его собственных колебаний (См. Собственные колебания) того или иного вида, частоты которых f зависят от длины С. /, плотности материала р, формы и площади S его сечения, от упругого сопротивления его по отношению к данному типу деформаций, а также от условий закрепления его концов. Например, для продольных колебаний свободного С. , где Е — модуль Юнга, n — целое число, соответствующее номеру гармонической составляющей. Для крутильных колебаний круглого свободного стержня , где G — модуль сдвига. В случае изгибных колебаний собственные частоты не образуют гармонического ряда, т.к. скорость распространения изгибных волн зависит от частоты; для закрепленного на концах стержня , где I — момент инерции сечения относительно нейтральной оси С., а коэффициент ап принимают соответственно значения a1 = 4,73; a2 = 7,85.... Форма свободных колебаний С. зависит от того, какие из его собственных колебаний войдут в спектр, что в свою очередь определяется способом возбуждения.
Вынужденные колебания С. под действием синусоидальной вынуждающей силы совершаются с частотой силы f, при совпадении которой с одной из собственных частот С. наблюдается явление Резонанса.
Практическое значение колебаний С. разнообразно. Всякую балку в строительной конструкции можно рассматривать как С., от собственных частот которого зависит прочность сооружения. Опасные колебания по длине, возникающие в кораблях из-за неуравновешенности двигателей, рассчитываются как колебания стержней. С. применяются в некоторых музыкальных инструментах, например ксилофонах и др.; изогнутым С. с двумя свободными концами является камертон.
Лит.: Морз Ф., Колебания и звук, пер. с англ., М. — Л., 1949; Стрэтт Д ж. В. (Рэлей), Теория звука, пер. с англ., т. 1, 2 изд., М., 1955.