- Virszemes un masu spēki
- Vienkārši un salikti spēki
- Bīdes stress
- Stress un spriedze
- Bīdes modulis
- Atsauces
Bīdes spēks ir savienojums spēks, kas raksturojas ar to, kas ir paralēla virsmai, uz kuras tā ir ar spēku, un ir tendence sadalīt ķermeni, izspiežot sekcijas, kas izriet no griezuma.
Tas shematiski attēlots 1. attēlā, kurā parādīts griešanas spēks, kas tiek piemērots diviem dažādiem koka zīmuļa punktiem. Bīdes spēkam savukārt nepieciešami divi paralēli un pretēji spēki, kas atkarībā no intensitātes spēj deformēt zīmuli vai to galīgi sašķelt.
1. attēls. Ar rokām pieliktais bīdes spēks izraisa zīmuļa saplīšanu. Avots: Pixabay.
Tātad, kaut arī mēs runājam par bīdes spēku vienskaitlī, patiesībā tiek izmantoti divi spēki, jo bīdes spēks ir salikts spēks. Šie spēki sastāv no diviem spēkiem (vai vairāk, sarežģītos gadījumos), kas tiek piemēroti dažādos objekta punktos.
Divi spēki ar vienādu lielumu un pretēju virzienu, bet ar paralēlām darbības līnijām veido spēku pāri. Pāri nenodrošina objektu tulkojumu, jo to rezultāts ir nulle, bet tie nodrošina tīro griezes momentu.
Izmantojot pāri, tiek pagriezti priekšmeti, piemēram, transportlīdzekļa stūre, vai arī tie var deformēties un salauzt, piemēram, zīmuļa un koka dēļa gadījumā, kas parādīts 2. attēlā.
2. attēls. Bīdes spēks sadala koka stieni divās daļās. Ņemiet vērā, ka spēki ir tangenciāli baļķa šķērsgriezumam. Avots: F. Zapata.
Virszemes un masu spēki
Saliktie spēki ir daļa no tā sauktajiem virsmas spēkiem tieši tāpēc, ka tie tiek pielikti uz ķermeņa virsmām un nekādā veidā nav saistīti ar to masu. Lai precizētu punktu, salīdzināsim šos divus spēkus, kas bieži iedarbojas uz objektiem: svaru un berzes spēku.
Svara lielums ir P = mg, un, tā kā tas ir atkarīgs no ķermeņa masas, tas nav virsmas spēks. Tas ir masas spēks, un svarīgākais piemērs ir svars.
Berze ir atkarīga no saskares virsmu rakstura, nevis no ķermeņa masas, uz kuru tā iedarbojas, tāpēc tas ir labs piemērs virsmas spēkiem, kas bieži parādās.
Vienkārši un salikti spēki
Virsmas spēki var būt vienkārši vai salikti. Mēs jau esam redzējuši saliktā spēka piemēru bīdes spēkā, un no otras puses, berze tiek attēlota kā vienkāršs spēks, jo pietiek ar vienu bultu, lai to attēlotu objekta izolētajā ķermeņa diagrammā.
Vienkārši spēki ir atbildīgi par ķermeņa kustības izmaiņu iespiešanu, piemēram, mēs zinām, ka kinētiskās berzes spēks starp kustīgu priekšmetu un virsmu, uz kuru tas pārvietojas, samazina ātrumu.
Gluži pretēji, saliktie spēki mēdz deformēt ķermeņus, un griezumu vai griezņu gadījumā gala rezultāts var būt griezums. Citi virsmas spēki, piemēram, spriegojums vai saspiešana, pagarina vai saspiež ķermeni, uz kuru tie iedarbojas.
Katru reizi, kad tomātu sagriež, lai pagatavotu mērci, vai arī papīra šķēlītes sadalīšanai tiek izmantotas šķēres, piemēro aprakstītos principus. Griezējinstrumentiem parasti ir divas asas metāla asmeņi, lai bīdes spēku pieliktu sasmalcināmā objekta šķērsgriezumam.
3. attēls. Bīdes spēks darbībā: vienu no spēkiem pieliek naža asmens, otrs ir parastais, ko pieliek griešanas dēlītis. Avots: katemangostar izveidots pārtikas foto - freepik.es
Bīdes stress
Bīdes spēka ietekme ir atkarīga no spēka lieluma un apgabala, kurā tā darbojas, tāpēc inženierijā plaši izmanto bīdes sprieguma jēdzienu, kas ņem vērā gan spēku, gan laukumu.
Šim spriegumam ir citas nozīmes, piemēram, bīdes spriegums vai bīdes spriegums, un civilās konstrukcijās ir ārkārtīgi svarīgi to ņemt vērā, jo daudzas konstrukciju kļūmes rodas no bīdes spēka iedarbības.
Tās lietderība tiek uzreiz saprasta, ņemot vērā šādu situāciju: pieņemsim, ka jums ir divi viena materiāla stieņi, bet dažāda biezuma, kas tiek pakļauti pieaugošiem spēkiem, līdz tie saplīst.
Ir acīmredzams, ka, lai izjauktu biezāku stieni, jāpieliek lielāks spēks, tomēr jebkurai stieņai, kurai ir vienāds sastāvs, piepūle ir vienāda. Šādi testi ir bieži inženierzinātnēs, ņemot vērā to, cik svarīgi ir izvēlēties pareizo materiālu, lai projektētā konstrukcija darbotos optimāli.
Stress un spriedze
Matemātiski, ja bīdes spriegumu apzīmē ar τ, pielietotā spēka lielumu kā F un laukumu, kurā tas darbojas kā A, mums ir vidējais bīdes spriegums:
Kā koeficients starp spēku un laukumu, starptautiskās sistēmas piepūles vienība ir ņūtons / m 2 , saukts Pascal un saīsināts kā Pa. Angļu sistēmā mārciņas spēks / pēda 2 un mārciņas spēks / inch 2 .
Tomēr daudzos gadījumos objekts, kas pakļauts bīdes spriegumam, tiek deformēts un pēc tam, kad spriegums vairs nedarbojas, tas atjauno sākotnējo formu, faktiski to nesalaužot. Pieņemsim, ka deformācija sastāv no garuma izmaiņām.
Šajā gadījumā spriegums un spriedze ir proporcionāli, tāpēc var apsvērt sekojošo:
Simbols ∝ nozīmē "proporcionāls", un attiecībā uz vienības deformāciju to definē kā koeficientu starp garuma izmaiņām, kuras sauks par ΔL, un sākotnējo garumu, ko sauc par L o . Pa šo ceļu:
Bīdes modulis
Ja celms ir koeficients starp diviem garumiem, celmam nav vienību, bet, ievietojot līdztiesības simbolu, proporcionalitātes konstante tos nodrošina. Zvana G uz minēto konstanti:
G sauc par bīdes moduli vai bīdes moduli. Tam ir Pascal vienības Starptautiskajā sistēmā, un tā vērtība ir atkarīga no materiāla veida. Šādas vērtības var noteikt laboratorijā, pārbaudot dažādu spēku iedarbību uz dažāda sastāva paraugiem.
Ja nepieciešams noteikt bīdes spēka lielumu no iepriekšējā vienādojuma, vienkārši aizvietojiet stresa definīciju:
Bīdes spēki ir ļoti bieži, un to ietekme ir jāņem vērā daudzos zinātnes un tehnoloģijas aspektos. Konstrukcijās tie parādās siju atbalsta punktos, tie var rasties negadījuma laikā un salauzt kaulu, un to klātbūtne var mainīt mašīnu darbību.
Pateicoties tektoniskajai aktivitātei, tie lielā mērā ietekmē zemes garozu, izraisot iežu lūzumus un ģeoloģiskus negadījumus. Tāpēc viņi ir atbildīgi arī par pastāvīgu planētas veidošanu.
Atsauces
- Alus, F. 2010. Materiālu mehānika. 5. Izdevums. Makgreiva kalns. 7 - 9.
- Ficdžeralds, 1996. Materiālu mehānika. Alfa Omega. 21.-23.
- Giancoli, D. 2006. Fizika: principi un pielietojumi. 6 t th . Ed Prentice Hall. 238.-242.
- Hibbeler, RC 2006. Materiālu mehānika. 6. Izdevums. Pīrsona izglītība. 22 -25
- Valera Negrete, J. 2005. Piezīmes par vispārējo fiziku. UNAM. 87-98.
- Wikipedia. Bīdes stress. Atgūts no: en.wikipedia.org.