- Siły powierzchniowe i siły masowe
- Siły proste i siły złożone
- Naprężenie ścinające
- Stres i wysiłek
- Moduł ścinania
- Bibliografia
Siła ścinająca jest siłą złożoną, która charakteryzuje się tym, że jest równoległa do powierzchni, na którą jest wywierana i ma tendencję do dzielenia ciała, przemieszczając sekcje powstałe w wyniku cięcia.
Jest to schematycznie przedstawione na figurze 1, na której pokazano siłę cięcia przyłożoną do dwóch różnych końcówek drewnianego ołówka. Siła ścinająca z kolei wymaga dwóch równoległych i przeciwstawnych sił, które w zależności od ich intensywności są w stanie zdeformować ołówek lub ostatecznie go złamać.
Rysunek 1. siła ścinająca przyłożona rękami powoduje złamanie ołówka. Źródło: Pixabay.
Tak więc, mimo że mówimy o sile ścinającej w liczbie pojedynczej, w rzeczywistości działają dwie siły, ponieważ siła ścinająca jest siłą złożoną. Siły te składają się z dwóch sił (lub więcej, w złożonych przypadkach) przyłożonych w różnych punktach obiektu.
Dwie siły o tej samej wielkości i przeciwnych kierunkach, ale o równoległych liniach działania, stanowią parę sił. Pary nie zapewniają przesunięcia obiektów, ponieważ ich wypadkową jest zero, ale zapewniają moment obrotowy netto.
W przypadku pary przedmioty, takie jak kierownica pojazdu, są obracane lub mogą zostać zdeformowane i złamane, jak w przypadku ołówka i drewnianej tablicy pokazanej na rysunku 2.
Rysunek 2. Siła ścinająca dzieli drewniany pręt na dwie części. Zauważ, że siły są styczne do przekroju kłody. Źródło: F. Zapata.
Siły powierzchniowe i siły masowe
Siły złożone są częścią tak zwanych sił powierzchniowych, właśnie dlatego, że działają na powierzchnię ciał i nie są w żaden sposób związane z ich masą. Aby wyjaśnić ten punkt, porównajmy te dwie siły, które często działają na obiekty: ciężar i siłę tarcia.
Wielkość ciężaru wynosi P = mg, a ponieważ zależy od masy ciała, nie jest to siła powierzchniowa. Jest to siła masowa, a ciężar jest najbardziej charakterystycznym przykładem.
Otóż tarcie zależy od rodzaju powierzchni styku, a nie od masy ciała, na które działa, dlatego jest dobrym przykładem sił powierzchniowych, które często się pojawiają.
Siły proste i siły złożone
Siły powierzchniowe mogą być proste lub złożone. Widzieliśmy już przykład siły złożonej w sile ścinającej, az jej strony tarcie jest reprezentowane jako siła prosta, ponieważ wystarczy jedna strzała, aby przedstawić ją na diagramie ciała izolowanego obiektu.
Za wypisywanie zmian ruchu ciała odpowiedzialne są siły proste, np. Wiemy, że siła tarcia kinetycznego między poruszającym się obiektem a powierzchnią, po której się porusza, powoduje zmniejszenie prędkości.
Wręcz przeciwnie, siły złożone mają tendencję do deformowania ciał, aw przypadku ścinania lub ścinania wynikiem końcowym może być cięcie. Inne siły powierzchniowe, takie jak rozciąganie lub ściskanie, wydłużają lub ściskają ciało, na które działają.
Za każdym razem, gdy pomidor jest cięty w celu przygotowania sosu lub nożyczkami do cięcia kartki papieru, obowiązują opisane zasady. Narzędzia tnące mają zwykle dwa ostre metalowe ostrza, które przykładają siłę ścinającą do przekroju ciętego przedmiotu.
Rysunek 3. Siła ścinająca w działaniu: jedna z sił jest przykładana przez ostrze noża, a druga jest normalną siłą wywieraną przez deskę do krojenia. Źródło: Zdjęcie żywności stworzone przez katemangostar - freepik.es
Naprężenie ścinające
Skutki siły ścinającej zależą od wielkości siły i obszaru, na którym ona działa, dlatego w inżynierii szeroko stosowana jest koncepcja naprężenia ścinającego, uwzględniająca zarówno siłę, jak i powierzchnię.
Naprężenie to ma inne znaczenie, takie jak naprężenie ścinające lub naprężenie ścinające, aw konstrukcjach budowlanych niezwykle ważne jest, aby je wziąć pod uwagę, ponieważ wiele uszkodzeń konstrukcji wynika z działania sił ścinających.
Jego użyteczność jest natychmiast zrozumiała, gdy rozważymy następującą sytuację: załóżmy, że masz dwa pręty z tego samego materiału, ale o różnych grubościach, które są poddawane działaniu rosnących sił, aż do pęknięcia.
Jest oczywiste, że aby złamać grubszy pręt, należy przyłożyć większą siłę, jednak wysiłek jest taki sam dla każdego batonu o tym samym składzie. Takie testy są częste w inżynierii, biorąc pod uwagę znaczenie doboru odpowiedniego materiału, aby projektowana konstrukcja działała optymalnie.
Stres i wysiłek
Matematycznie, jeśli naprężenie ścinające jest oznaczone jako τ, wielkość przyłożonej siły jako F i obszar, na którym działa jako A, otrzymujemy średnie naprężenie ścinające:
Będąc stosunkiem siły do powierzchni, jednostką wysiłku w systemie międzynarodowym jest niuton / m 2 , zwany Pascal i w skrócie Pa. W systemie angielskim funt-siła / stopa 2 i funt-siła / cal 2 .
Obecnie w wielu przypadkach obiekt poddany naprężeniu ścinającemu jest odkształcany, a następnie odzyskuje swój pierwotny kształt bez faktycznego pękania, gdy naprężenie przestaje działać. Załóżmy, że odkształcenie polega na zmianie długości.
W tym przypadku naprężenia i odkształcenia są proporcjonalne, dlatego można rozważyć następujące kwestie:
Symbol ∝ oznacza „proporcjonalny do”, a jeśli chodzi o odkształcenie jednostkowe, jest to iloraz między zmianą długości, która będzie nazywana ΔL, a pierwotną długością, zwaną L o . W ten sposób:
Moduł ścinania
Będąc ilorazem dwóch długości, odkształcenie nie ma jednostek, ale umieszczając symbol równości, musi je zapewnić stała proporcjonalności. Wołanie G, aby powiedział stałą:
G jest nazywany modułem ścinania lub modułem ścinania. Posiada jednostki Pascal w systemie międzynarodowym, a jego wartość zależy od rodzaju materiału. Takie wartości można wyznaczyć w laboratorium, badając działanie różnych sił na próbki o różnym składzie.
Gdy wymagane jest określenie wielkości siły ścinającej z poprzedniego równania, wystarczy podstawić definicję naprężenia:
Siły poprzeczne występują bardzo często, a ich skutki należy uwzględniać w wielu aspektach nauki i techniki. W konstrukcjach pojawiają się one w punktach podparcia belek, mogą powstać podczas wypadku i złamać kość, a ich obecność może wpłynąć na działanie maszyny.
Oddziałują na dużą skalę na skorupę ziemską, powodując pęknięcia skał i wypadki geologiczne dzięki aktywności tektonicznej. Dlatego są również odpowiedzialni za nieustanne kształtowanie planety.
Bibliografia
- Beer, F. 2010. Mechanika materiałów. 5. Wydanie. McGraw Hill. 7 - 9.
- Fitzgerald, 1996. Mechanika materiałów. Alpha Omega. 21-23.
- Giancoli, D. 2006. Fizyka: Zasady z zastosowaniami. 6 T th Ed. Prentice Hall. 238-242.
- Hibbeler, RC 2006. Mechanika materiałów. 6th. Wydanie. Edukacja Pearson. 22 -25
- Valera Negrete, J. 2005. Uwagi dotyczące fizyki ogólnej. UNAM. 87-98.
- Wikipedia. Naprężenie ścinające. Odzyskane z: en.wikipedia.org.