- Overflatekrefter og massekrefter
- Enkle krefter og sammensatte krefter
- Skjær stress
- Stress og belastning
- Skjærmodul
- referanser
Den skjærkraft er en forbindelse kraft som kjennetegnes ved å være parallell med overflaten på hvilken det utøves og har en tendens til å skille legemet, forskyvning av delene som følge av kutt.
Det er skjematisk representert i figur 1, der en skjærkraft påført to forskjellige punkter av en treblyant er vist. Skjærkraften krever igjen to parallelle og motsatte krefter, som avhengig av deres intensitet, er i stand til å deformere blyanten eller definitivt sprekke den.
Figur 1. Skjærkraften som påføres med hendene får blyanten til å gå i stykker. Kilde: Pixabay.
Så selv om vi snakker om skjærkraften i entall, brukes i virkeligheten to krefter, siden skjærkraften er en sammensatt kraft. Disse kreftene består av to krefter (eller mer, i komplekse tilfeller) påført på forskjellige punkter på et objekt.
To krefter i samme størrelsesorden og motsatt retning, men med parallelle virkningslinjer, utgjør et par krefter. Parene gir ikke oversettelse til objektene, siden deres resulterende er null, men de gir et nettomoment.
Med et par roteres gjenstander som rattet til et kjøretøy, eller de kan deformeres og ødelegges, som for tilfellet med blyanten og treplaten vist i figur 2.
Figur 2. Skjærkraft deler en trestang i to seksjoner. Legg merke til at kreftene er tangentielle til tverrsnittet av loggen. Kilde: F. Zapata.
Overflatekrefter og massekrefter
Sammensatte krefter er en del av de såkalte overflatekreftene, nettopp fordi de påføres på overflaten av legemer og ikke er relatert på noen måte til deres masse. For å tydeliggjøre poenget, la oss sammenligne disse to kreftene som ofte virker på objekter: vekt og friksjonskraft.
Størrelsen på vekten er P = mg, og siden den avhenger av kroppens masse, er det ikke en overflatekraft. Det er en massekraft, og vekt er det mest karakteristiske eksemplet.
Nå avhenger friksjon av arten av kontaktflatene og ikke av massen til kroppen som den virker på, derfor er det et godt eksempel på overflatekrefter som ofte vises.
Enkle krefter og sammensatte krefter
Overflatekrefter kan være enkle eller sammensatte. Vi har allerede sett et eksempel på en sammensatt kraft i skjærkraften, og for sin del er friksjon representert som en enkel kraft, siden en enkelt pil er nok til å representere den i objektets isolerte kroppsdiagram.
Enkle krefter er ansvarlige for å skrive ut endringer i bevegelsen til et legeme, for eksempel vet vi at den kinetiske friksjonskraften mellom et bevegelig objekt og overflaten det beveger seg på, resulterer i en reduksjon i hastighet.
Tvert imot, sammensatte krefter har en tendens til å deformere legemer, og i tilfelle av saks eller saks kan sluttresultatet være et kutt. Andre overflatekrefter som spenning eller kompresjon forlenger eller komprimerer kroppen som de virker på.
Hver gang tomaten kuttes for å tilberede sausen eller en saks brukes til å seksjonere et ark papir, gjelder de beskrevne prinsippene. Skjæreverktøy har vanligvis to skarpe metallblader for å bruke skjærkraft på tverrsnittet av gjenstanden som skal hakkes.
Figur 3. Skjærkraft i aksjon: en av kreftene påføres av knivbladet, den andre er den normale som utøves av skjærebrettet. Kilde: Matfoto laget av katemangostar - freepik.es
Skjær stress
Effektene av skjærkraften avhenger av størrelsen på kraften og området den virker på, det er derfor i prosjektering er konseptet med skjærspenning mye brukt, som tar hensyn til både kraft og område.
Denne påkjenningen har andre betydninger som skjærspenning eller skjærspenning, og i sivile konstruksjoner er det ekstremt viktig å vurdere det, siden mange feil i strukturer kommer fra virkningen av skjærkrafter.
Dets nytte blir umiddelbart forstått når du vurderer følgende situasjon: antar at du har to stenger av samme materiale, men forskjellige tykkelser som blir utsatt for økende krefter til de går i stykker.
Det er tydelig at for å bryte den tykkere stangen, må større kraft påføres, men innsatsen er den samme for enhver stang som har samme sammensetning. Tester som dette er hyppige innen prosjektering, gitt viktigheten av å velge riktig materiale for at den projiserte strukturen skal fungere optimalt.
Stress og belastning
Matematisk sett, hvis skjærspenningen er betegnet som τ, størrelsen på den påførte kraften som F og området som den fungerer som A, har vi den gjennomsnittlige skjærspenningen:
Å være forholdet mellom kraft og område, er anstrengelsesenheten i det internasjonale systemet newton / m 2 , kalt Pascal og forkortet som Pa. I det engelske systemet er pound-force / foot 2 og the pund-force / tommer 2 .
I mange tilfeller deformeres gjenstanden som blir utsatt for skjærspenningen og gjenoppretter deretter sin opprinnelige form uten å bryte, når spenningen først har opphørt. Anta at deformasjonen består av en endring i lengde.
I dette tilfellet er belastningen og belastningen proporsjonal, derfor kan følgende vurderes:
Symbolet ∝ betyr "proporsjonalt med", og med hensyn til enhetens deformasjon er det definert som kvotienten mellom endringen i lengde, som vil bli kalt ΔL og den opprinnelige lengden, kalt L o . På denne måten:
Skjærmodul
Som en kvotient mellom to lengder, har stammen ingen enheter, men når du plasserer likhetssymbolet, må proporsjonalitetskonstanten gi dem. Ringer G til nevnte konstante:
G kalles skjærmodul eller skjærmodul. Den har Pascal-enheter i det internasjonale systemet, og verdien avhenger av materialets art. Slike verdier kan bestemmes i laboratoriet ved å teste virkningen av forskjellige krefter på prøver med variert sammensetning.
Når det kreves for å bestemme størrelsen på skjærkraften fra forrige ligning, erstatter du definisjonen av spenning:
Skjærkrafter er svært hyppige, og deres virkninger må tas med i mange aspekter av vitenskap og teknologi. I konstruksjoner de vises på støttepunktene til bjelkene, kan de oppstå under en ulykke og knekke et bein, og deres tilstedeværelse er i stand til å endre driften av maskiner.
De virker i stor skala på jordskorpen og forårsaker bergbrudd og geologiske ulykker, takket være tektonisk aktivitet. Derfor er de også ansvarlige for kontinuerlig å forme planeten.
referanser
- Beer, F. 2010. Mekanikk av materialer. Femte. Edition. McGraw Hill. 7 - 9.
- Fitzgerald, 1996. Mechanics of Materials. Alpha Omega. 21-23.
- Giancoli, D. 2006. Physics: Principles with Applications. 6 t th Ed. Prentice Hall. 238-242.
- Hibbeler, RC 2006. Mekanikk av materialer. Sjette. Edition. Pearson Education. 22 -25
- Valera Negrete, J. 2005. Merknader om generell fysikk. UNAM. 87-98.
- Wikipedia. Skjærspenning. Gjenopprettet fra: en.wikipedia.org.