BĪDES SPRIEGUMS: KĀ TAS TIEK APRĒĶINĀTS UN VINGRINĀJUMI ATRISINĀTI - FIZISKĀ - 2025

Tas ir pazīstams kā bīdes spriegums, ko rada divu spēku pielietošana paralēli virsmai un pretējā virzienā. Tādā veidā jūs varat sadalīt objektu divās daļās, liekot sadaļām slīdēt viena virs otras.

Katru dienu audumiem, papīriem vai metāliem tiek pakļauti tiešie bīdes spēki, ko ietekmē šķēres, giljotīnas vai šķēres. Tie parādās arī tādās konstrukcijās kā skrūves vai skrūves, dībeļi, sijas, ķīļi un metinātas šuves.

1. attēls. Ar šķērēm tiek veikts bīdes spēks. Avots: Pixabay

Jāprecizē, ka tas ne vienmēr ir paredzēts sagriešanai vai sagriešanai, bet bīdes spriegumam ir tendence deformēt priekšmetu, uz kura tas tiek uzlikts; Tāpēc sijām, kuras pakļautas bīdes spriegumam, ir tendence samazināties zem sava svara. Šie piemēri izskaidro šo jautājumu.

2. attēlā parādīta vienkārša shēma, lai ilustrētu iepriekšminēto. Tas ir priekšmets, uz kuru divi spēki darbojas pretējos virzienos. Ir iedomāta griešanas plakne (nav uzzīmēta), un spēki darbojas pa vienai katrā plaknes pusē, sagriežot stieni divās daļās.

Šķēres gadījumā: katrs asmens vai mala pieliek spēku griešanai paredzētā objekta šķērsgriezumam (apļveida), arī sadalot to divās daļās, piemēram, auklu 1. attēlā.

2. attēls. Divi parādītie spēki rada spēku, kas mēdz atdalīt stieni divos. Avots: Adre-es

Bīdes spriegums var izraisīt deformāciju

Jūs varat mēģināt izdarīt griešanas spēku, slīdot ar roku virs aizvērtas grāmatas vāka. Otram vākam jāpaliek fiksētam uz galda, ko var panākt, atbalstot brīvo roku tā, lai tas nekustas. Ar šo darbību grāmata nedaudz deformēsies, kā norādīts šajā attēlā:

3. attēls. Bīdes sprieguma piemērošana grāmatai rada deformāciju. Avots: Krišnavedala

Ja šī situācija tiek rūpīgi analizēta, tiek pamanīti abi jau pieminētie spēki, taču šoreiz to piemēro horizontāli (fuksijās). Viena ir jūsu puses puse no vienas puses, bet otra - ar galda virsmu, kas atrodas fiksētā grāmatas pretējā pusē.

Grāmata negriežas, kaut arī šie spēki var izraisīt neto griezes momentu vai momentu. Lai no tā izvairītos, ir arī divi citi vertikālie spēki (tirkīza krāsā); to, ko uzliek ar otru roku, un parasto, ko izliek galds, kura neto moments darbojas pretējā virzienā, novēršot pagriešanos.

Kā aprēķina bīdes spriegumu?

Bīdes spriegumi parādās pat cilvēka ķermenī, jo cirkulējošās asinis nepārtraukti ietekmē tangenciālos spēkus asinsvadu iekšpusē, izraisot nelielas deformācijas sienās.

Jūsu apsvērums ir svarīgs, lai noteiktu struktūras izgāšanās iespējas. Bīdes spēkos tiek ņemts vērā ne tikai spēks, bet arī zona, uz kuru tas iedarbojas.

To uzreiz saprot, paņemot divus vienāda garuma cilindriskus stieņus, kas izgatavoti no viena materiāla, bet dažāda biezuma, un pakļaujot tos lielākam un lielākam spriegumam, līdz tie saplīst.

Acīmredzami vajadzīgie spēki būs pavisam atšķirīgi, jo viens stienis ir plānāks par otru; tomēr centieni būs vienādi.

Bīdes spriegumu apzīmē ar grieķu burtu τ (tau), un to aprēķina kā koeficientu starp pielietotā spēka F lielumu un tās virsmas laukumu A, uz kuru tas iedarbojas:

Šādi aprēķināta piepūle ir tāda, kas rada vidējo spēku uz attiecīgās virsmas, jo spēks nedarbojas vienā virsmas punktā, bet tiek sadalīts pa visu to un nav vienmērīgi. Tomēr sadalījumu var attēlot ar izrietošu spēku, kas iedarbojas uz noteiktu punktu.

Bīdes sprieguma izmēri ir spēks uz virsmas. Starptautiskās sistēmas vienībās tie atbilst ņūtonam / kvadrātmetrā, vienībai ar nosaukumu Pascal un saīsināti Pa.

Tās ir vienas un tās pašas spiediena vienības, tāpēc ir piemērotas arī angļu vienības mārciņas spēks / pēdas ² un mārciņas spēks / collas ² .

Bīdes spriegums un deformācija

Daudzās situācijās bīdes sprieguma lielums ir proporcionāls priekšmetā radītajam spriedzei, piemēram, iepriekšējai parauga grāmatai, kas atgriezīsies sākotnējos izmēros, tiklīdz tiks noņemta roka. Tādā gadījumā:

Proporcionalitātes konstante šajā gadījumā ir bīdes modulis, stingrības modulis vai bīdes modulis (G):

τ = G. γ

Ar γ = Δ L / L _o , kur Δ L ir starpība starp galīgo un sākotnējo garumu. Apvienojot dotos vienādojumus, var atrast stresa izraisīta spriedzes izteiksmi:

Konstantes G vērtība ir atrodama tabulās, un tās vienības ir tādas pašas kā sprieguma vērtībām, jo ​​celms ir bezizmēra. Lielākoties G vērtība ir puse vai viena trešdaļa no E vērtības, elastības moduļa.

Faktiski tos saista ar izteicienu:

Kur ν ir Puasona modulis, cita materiāla elastīgā konstante, kuras vērtība ir no 0 līdz ½. Tieši tāpēc G savukārt ir starp E / 3 un E / 2.

Atrisināti vingrinājumi

-Uzdevums 1

Lai savienotu divas dzelzs plāksnes, tiek izmantota tērauda skrūve, kurai jāiztur bīdes spēki līdz 3200 N. Kāds ir skrūves minimālais diametrs, ja drošības koeficients ir 6,0? Materiāls ir zināms, ka pretoties līdz 170 x 10 ⁶ N / m ² .

Risinājums

Bīdes spriegums, kas tiek pakļauts skrūvei, rodas no spēkiem, kas parādīti attēlā zemāk. Drošības koeficients ir bezizmēra lielums un ir saistīts ar maksimāli pieļaujamo spriegumu:

Bīdes spriegums = F / A = Maksimālais pieļaujamais sprieguma / drošības koeficients

Tāpēc šī joma ir:

A = F x drošības koeficients / bīdes spriegums = 3200 x 6/170 x 10 ⁶ = 0,000113 m ²

Skrūve platība ir dota πD ² /4, līdz ar to diametrs ir:

D ² = 4 x A / π = 0,000144 m ²

4. attēls. Skrūves bīdes spriegums. Avots: pašu gatavots.

D = 0,012 m = 12 mm.

- 2. vingrinājums

Koka dībeli vai dībeli izmanto, lai novērstu skriemeļa pagriešanos zem spriegumiem T ₁ un T ₂ attiecībā pret 3 collu asi. Tapu izmēri ir parādīti attēlā. Atrodiet bloka bīdes sprieguma lielumu, ja parādītie spēki darbojas uz skriemeļa:

5. attēls. Brīva ķermeņa diagramma, piemēram, 2. Avots: pašu izstrādāts.

Risinājums

Ar d = 1,5 collas, tāpēc:

Šis spēks rada lieluma bīdes spriegumu:

Atsauces

1. Alus, F. 2010. Materiālu mehānika. 5. Izdevums. Makgreiva kalns. 7 - 9.
2. Ficdžeralds, 1996. Materiālu mehānika. Alfa Omega. 21.-23.
3. Giancoli, D. 2006. Fizika: principi un pielietojumi. 6 ^th . Ed Prentice Hall. 238.-242.
4. Hibbeler, RC 2006. Materiālu mehānika. 6. Izdevums. Pīrsona izglītība. 22 -25
5. Valera Negrete, J. 2005. Piezīmes par vispārējo fiziku. UNAM. 87-98.
6. Wikipedia. Bīdes stress. Atgūts no: en.wikipedia.org.