STRIŽNI STRES: KAKO SE IZRAČUNA IN REŠI VAJE - FIZIČNO - 2026

Znan je kot strižni stres, ki izhaja iz uporabe dveh sil, vzporednih na površino in v nasprotni smeri. Na ta način lahko predmet razdelite na dva dela, tako da se razdelki drsijo drug proti drugemu.

Neposredne strižne sile se vsak dan nanašajo na tkanine, papirje ali kovine, ki jih izvajajo škarje, giljotine ali škarje. Pojavijo se tudi v strukturah, kot so vijaki ali vijaki, mozniki, tramovi, klini in zvari.

Slika 1. S škarjo naredimo strižni napor. Vir: Pixabay

Pojasniti je treba, da ni vedno namenjen rezanju ali rezanju, ampak strižna napetost ponavadi deformira predmet, na katerega je nanešena; Zato tramovi, izpostavljeni strižnemu stresu, ponavadi zdrsnejo pod lastno težo. Naslednji primeri pojasnjujejo točko.

Slika 2 prikazuje preprosto shemo za prikaz zgoraj navedenega. Je objekt, na katerem delujeta dve sili v nasprotnih smereh. Obstaja namišljena rezalna ravnina (ni narisana) in sile delujejo ena na vsaki strani ravnine, rezanje palice v dvoje.

Pri škarjah: vsako rezilo ali rob uporabi silo na presek (krožno) predmeta, ki ga je treba rezati, in ga tako loči na dva dela, kot je niz na sliki 1.

Slika 2. Dve prikazani sili delujeta na silo, ki ponavadi ločuje drogo v dvoje. Vir: Adre-ov

Strižni stres lahko povzroči deformacijo

Poskusite uporabiti rezalno silo tako, da drsite z roko po ovitku zaprte knjige. Drugi pokrov mora ostati pritrjen na mizi, kar lahko dosežemo s podpiranjem proste roke, da se ne premika. Knjiga se bo s tem dejanjem nekoliko deformirala, kot je opisano na naslednji sliki:

Slika 3. Uporaba strižne napetosti na knjigo povzroči deformacijo. Vir: Krišnavedala

Če natančno analiziramo to situacijo, se opazita že omenjeni dve sili, ki pa sta tokrat uporabljeni vodoravno (v fuksiji). Ena je roka vaše roke na eni strani, druga pa nanese na površino mize na nasprotni strani knjige, ki je pritrjena.

Knjiga se ne vrti, čeprav bi te sile lahko povzročile neto navor ali trenutek. Da bi se temu izognili, obstajata drugi dve navpični sili (v turkizni barvi); tista, ki je uporabljena z drugo roko, in običajna, ki jo izvaja miza, katere neto trenutek deluje v nasprotni smeri in preprečuje vrtenje.

Kako se izračuna strižni stres?

Strižne napetosti se pojavljajo celo v človeškem telesu, saj kroži kri neprestano izvaja tangencialne sile na notranji strani krvnih žil, kar povzroča majhne deformacije v stenah.

Vaš premislek je pomemben pri določanju možnosti, da struktura propad. Pri strižnih silah se ne upošteva samo sila, temveč tudi območje, na katero deluje.

To takoj razumemo, če vzamemo dve cilindrični palici enake dolžine, izdelani iz istega materiala, vendar različnih debelin, in ju izpostavimo večjim in večjim obremenitvam, dokler se ne zlomijo.

Očitno bodo potrebne sile precej drugačne, saj je ena palica tanjša od druge; vendar bo trud enak.

Strižna napetost je označena z grško črko τ (tau) in se izračuna kot količnik med velikostjo uporabljene sile F in površino A površine, na katero deluje:

Tako izračunani napor je tisti, ki proizvede povprečno silo na zadevni površini, saj sila ne deluje na eno samo točko na površini, ampak se porazdeli po vsem in ne enakomerno. Porazdelitev pa je lahko predstavljena z nastalo silo, ki deluje na določeno točko.

Dimenzije strižne napetosti so sila na površini. V enotah mednarodnega sistema ustrezajo newtonu / kvadratnemu metru, enoti, imenovani Pascal in okrajšano Pa.

So enake enote za pritisk, zato so ustrezni tudi angleški enoti pound-force / ft ² in pound-force / inch ² .

Strižni stres in deformacija

V mnogih situacijah je jakost strižne napetosti sorazmerna z napetostjo, ki jo povzroči predmet, na primer v prejšnji knjigi zgledov, ki se bo vrnila v prvotne dimenzije takoj, ko bo roka odstranjena. V tem primeru:

Konstanta sorazmernosti je v tem primeru strižni modul, modul togosti ali strižni modul (G):

τ = G. γ

Z γ = Δ L / L _o , kjer je Δ L razlika med končno in začetno dolžino. S kombiniranjem danih enačb lahko najdemo izraz napetosti, ki jo povzroči stres:

Vrednost konstante G najdemo v tabelah in njene enote so enake tistim iz napetosti, saj je napetost brezdimenzijska. Večino časa je vrednost G polovica ali tretjina vrednosti E, modula elastičnosti.

Pravzaprav so povezane z izrazom:

Kjer je ν Poissonov modul, je druga elastična konstanta materiala, katerega vrednost je med 0 in ½. Prav zato je G v zameno med E / 3 in E / 2.

Rešene vaje

-Vežba 1

Za spajanje dveh železnih plošč se uporablja jekleni vijak, ki se mora upreti strižnim silam do 3200 N. Kolikšen je najmanjši premer vijaka, če je varnostni faktor 6,0? Znano je, da se material upira do 170 x 10 ⁶ N / m ² .

Rešitev

Strižna napetost, ki ji je podvržen vijak, izvira iz sil, prikazanih na spodnji sliki. Varnostni faktor je brezdimenzijska količina in je povezan z največjim dopustnim stresom:

Strižni stres = F / A = največji dovoljeni faktor napetosti / varnosti

Zato je območje:

A = F x varnostni faktor / strižna napetost = 3200 x 6/170 x 10 ⁶ = 0,000113 m ²

Območje vijaka je podana z πD ² /4, torej premer je:

D ² = 4 x A / π = 0.000144 m ²

Slika 4. strižna napetost na vijaku. Vir: self made.

D = 0,012 m = 12 mm.

-Vežba 2

Za preprečevanje vrtenja škripca pod napetostoma T ₁ in T ₂ se uporablja leseni moznik ali moznik glede na 3-palčno os. Dimenzije zatičev so prikazane na sliki. Poiščite velikost strižne napetosti na bloku, če prikazane sile delujejo na škripec:

Slika 5. Diagram prostega telesa na primer 2. Vir: lastna izdelava.

Rešitev

Zato je d = 1,5 palca:

Ta sila povzroči strižni napetost:

Reference

1. Beer, F. 2010. Mehanika materialov. 5. Izdaja. McGraw Hill. 7 - 9
2. Fitzgerald, 1996. Mehanika materialov. Alpha Omega. 21–23.
3. Giancoli, D. 2006. Fizika: Načela z aplikacijami. 6 ^th Ed. Prentice Hall. 238-242.
4. Hibbeler, RC 2006. Mehanika materialov. 6. Izdaja. Pearsonova vzgoja. 22 -25
5. Valera Negrete, J. 2005. Opombe k splošni fiziki. UNAM. 87–98.
6. Wikipedija. Strižni stres. Pridobljeno: en.wikipedia.org.