СИЛА НА СРЯЗВАНЕ: ПОВЪРХНОСТНИ И МАСОВИ СИЛИ - ФИЗИЧЕСКИ

Силата на срязване е сложна сила, която се характеризира с това, че е успоредна на повърхността, върху която се упражнява и има тенденция да разделя тялото, измествайки секциите, получени от среза.

Схематично е представена на фигура 1, на която е показана сила на рязане, приложена към две различни точки на дървен молив. Нарязващата сила от своя страна изисква две успоредни и противоположни сили, които в зависимост от тяхната интензивност са способни да деформират молива или определено да го разрушат.

Фигура 1. сила на срязване, приложена с ръцете, кара молива да се счупи. Източник: Pixabay

Така че въпреки че говорим за срязващата сила в единствено число, в действителност се прилагат две сили, тъй като срязващата сила е сложна сила. Тези сили се състоят от две сили (или повече, в сложни случаи), приложени в различни точки върху обект.

Две сили с еднаква величина и противоположна посока, но с успоредни линии на действие, представляват двойка сили. Двойките не предоставят превод на обектите, тъй като резултатът от тях е нула, но те осигуряват нетен въртящ момент.

С двойка се въртят предмети като волана на превозното средство или те могат да бъдат деформирани и счупени, както в случая с молива и дървената дъска, показани на фигура 2.

Фигура 2. Срязваща сила разделя дървена пръчка на две секции. Обърнете внимание, че силите са допирни за напречното сечение на трупа. Източник: Ф. Сапата.

Повърхностни сили и масови сили

Съединените сили са част от така наречените повърхностни сили, именно защото се прилагат върху повърхността на телата и не са свързани по никакъв начин с тяхната маса. За да изясним въпроса, нека сравним тези две сили, които често действат върху обекти: тегло и сила на триене.

Големината на теглото е P = mg и тъй като зависи от масата на тялото, това не е повърхностна сила. Това е сила на масата, а теглото е най-характерният пример.

Сега триенето зависи от естеството на контактните повърхности, а не от масата на тялото, върху което то действа, следователно това е добър пример за повърхностни сили, които често се появяват.

Прости сили и сложни сили

Повърхностните сили могат да бъдат прости или сложни. Вече видяхме пример за съединителна сила в силата на срязване и от своя страна триенето е представено като проста сила, тъй като една стрелка е достатъчна, за да я представи в схемата на изолираното тяло на обекта.

Простите сили са отговорни за отпечатването на промените в движението на тялото, например знаем, че кинетичната сила на триене между движещ се предмет и повърхността, върху която се движи, води до намаляване на скоростта.

Напротив, съставните сили са склонни да деформират телата и в случай на ножици или ножици, крайният резултат може да бъде срязване. Други повърхностни сили като напрежение или компресия удължават или компресират тялото, върху което действат.

Всеки път, когато доматът се нарязва за приготвяне на соса или се използва ножица за разрязване на лист хартия, се прилагат описаните принципи. Инструментите за рязане обикновено имат две остри метални остриета за прилагане на сила на срязване върху напречното сечение на обекта, който трябва да бъде нарязан.

Фигура 3. Сила на срязване в действие: едната сила се прилага от острието на ножа, а другата е нормалната, упражнена от дъската за рязане. Източник: Снимка с храни, създадена от katemangostar - freepik.es

Стрес стрес

Ефектите на силата на срязване зависят от големината на силата и зоната, върху която тя действа, така че в инженерството концепцията за напрежение на срязване е широко използвана, която отчита както силата, така и площта.

Този стрес има други значения като напрежение на срязване или напрежение на срязване и в гражданските конструкции е изключително важно да се вземе предвид, тъй като много откази в конструкциите идват от действието на срязващите сили.

Полезността му се разбира веднага, когато се обмисли следната ситуация: да предположим, че имате две пръти от един и същ материал, но различна дебелина, които са подложени на увеличаващи се сили, докато не се счупят.

Очевидно е, че за да се счупи по-дебелата лента, трябва да се приложи по-голяма сила, но усилието е същото за всеки бар, който има същия състав. Тестове като този са чести в инженерството, имайки предвид значението на избора на подходящ материал, за да може проектираната структура да функционира оптимално.

Стрес и напрежение

Математически, ако обозначим напрежението на срязване като τ, величината на приложената сила като F и площта, над която тя действа като A, имаме средното напрежение на срязване:

Като коефициент между сила и зона, единицата усилие в Международната система е нютон / м ², наречена Паскал и съкратено като Па. В английската система силата на фунта / крак ² и силата на фунта / инч ².

Сега, в много случаи обектът, подложен на срязване на напрежението, се деформира и след това възстановява първоначалната си форма, без всъщност да се счупи, след като напрежението престане да действа. Да предположим, че деформацията се състои в промяна на дължината.

В този случай напрежението и напрежението са пропорционални, следователно може да се има предвид следното:

Символът ∝ означава „пропорционален на“ и що се отнася до единичната деформация, той се определя като коефициентът между промяната в дължината, която ще се нарича ΔL, и оригиналната дължина, наречена L _o. По този начин:

Модул на срязване

Като коефициент между две дължини, щамът няма единици, но когато поставя символа за равенство, константата на пропорционалност трябва да ги осигури. Извикване на G до споменатата константа

G се нарича модул на срязване или модул на срязване. Той има единици Паскал в Международната система и стойността му зависи от естеството на материала. Такива стойности могат да бъдат определени в лабораторията чрез тестване на действието на различни сили върху проби с разнообразен състав.

Когато е необходимо да се определи величината на срязващата сила от предишното уравнение, просто заместете определението на напрежението:

Срязващите сили са много чести и техните ефекти трябва да се вземат предвид в много аспекти на науката и технологиите. В конструкции те се появяват в опорните точки на гредите, могат да възникнат по време на произшествие и да счупят кост и тяхното присъствие е в състояние да промени работата на машините.

Те действат в голям мащаб върху земната кора, причинявайки фрактури на скалите и геоложки аварии, благодарение на тектоничната активност. Затова те са отговорни и за непрекъснатото оформяне на планетата.

Препратки

Бира, Ф. 2010. Механика на материалите. 5-ти. Edition. McGraw Hill. 7 - 9.
Fitzgerald, 1996. Механика на материалите. Алфа Омега. 21-23.
Giancoli, D. 2006. Физика: Принципи на приложение. 6 ^тон ^та Ed. Prentice Hall. 238-242.
Hibbeler, RC 2006. Механика на материалите. 6-ти. Edition. Pearson Education. 22 -25
Валера Негрете, Дж. 2005. Бележки по обща физика. Пумас. 87-98.
Wikipedia. Стрес на срязване Възстановено от: en.wikipedia.org.

СИЛА НА СРЯЗВАНЕ: ПОВЪРХНОСТНИ И МАСОВИ СИЛИ - ФИЗИЧЕСКИ - 2025