STRIŽNA SILA: POVRŠINSKE IN MASNE SILE - FIZIČNO - 2025

Strižna sila je spojina sila, ki je značilno, da je vzporedna s površino, na kateri se zatekajo in nagiba razdeliti telo, premikanje odseke, ki izhajajo iz reza.

Shematično je prikazano na sliki 1, na kateri je prikazana rezalna sila, ki deluje na dve različni točki lesenega svinčnika. Pri strižni sili sta potrebni dve vzporedni in nasprotni sili, ki sta glede na intenzivnost sposobni svinčnik deformirati ali ga vsekakor zlomiti.

Slika 1. strižna sila, uporabljena z rokami, povzroči, da se svinčnik zlomi. Vir: Pixabay.

Čeprav govorimo o strižni sili v ednini, v resnici uporabimo dve sili, saj je strižna sila sestavljena sila. Te sile so sestavljene iz dveh sil (ali več v zapletenih primerih), uporabljenih na različnih točkah predmeta.

Dve sili enake velikosti in nasprotne smeri, vendar z vzporednima linijama delovanja, tvorita par sil. Pari ne dajejo prevodov predmetom, saj je njihov rezultat enak nič, vendar zagotavljajo neto navor.

S parom se predmeti, kot je volanski obroč vozila, zasukajo ali pa se lahko deformirajo in zlomijo, kot v primeru svinčnika in lesene deske, prikazane na sliki 2.

Slika 2. strižna sila deli leseno palico na dva odseka. Upoštevajte, da so sile tangencialne glede na presek hloda. Vir: F. Zapata.

Površinske sile in masne sile

Sestavljene sile so del tako imenovanih površinskih sil, ravno zato, ker se nanašajo na površino teles in na noben način niso povezane z njihovo maso. Za razjasnitev točke primerjamo dve sili, ki pogosto delujeta na predmete: teža in sila trenja.

Velikost teže je P = mg in ker je odvisna od mase telesa, ne gre za površinsko silo. Gre za masno silo, teža pa je najbolj značilen primer.

Zdaj je trenje odvisno od narave kontaktnih površin in ne od mase telesa, na katero deluje, zato je dober primer površinskih sil, ki se pogosto pojavljajo.

Preproste sile in sestavljene sile

Površinske sile so lahko preproste ali sestavljene. Primer strižne sile smo videli že pri strižni sili, trenje pa je predstavljeno kot preprosta sila, saj je ena sama puščica dovolj, da jo predstavljamo v izoliranem telesnem diagramu predmeta.

Preproste sile so odgovorne za tiskanje sprememb gibanja telesa, na primer vemo, da kinetična sila trenja med premikajočim se objektom in površino, na kateri se giblje, povzroči zmanjšanje hitrosti.

Nasprotno, sestavljene sile ponavadi deformirajo telesa in v primeru škarje ali škarje je končni rezultat lahko rez. Druge površinske sile, kot sta napetost ali stiskanje, podaljšajo ali stisnejo telo, na katerega delujejo.

Vsakič, ko je paradižnik razrezan za pripravo omake ali škarje za rezanje lista papirja, veljajo opisana načela. Orodna orodja za rezanje imajo običajno dva ostra kovinska rezila za uporabo strižne sile na preseku predmeta, ki ga je treba sekati.

Slika 3. Delovanje strižne sile: eno silo uporablja rezilo noža, drugo pa običajno, ki jo izvaja rezalna plošča. Vir: Fotografija hrane, ki jo je ustvaril katemangostar - freepik.es

Strižni stres

Učinki strižne sile so odvisni od obsega sile in območja, na katero deluje, zato se v inženirstvu široko uporablja koncept strižne napetosti, ki upošteva tako silo kot območje.

Ta stres ima tudi druge pomene, kot so strižni stres ali strižni stres, v civilnih konstrukcijah pa je izredno pomembno, da ga upoštevamo, saj veliko okvar v strukturah izvira iz delovanja strižnih sil.

Njegova uporabnost se takoj razume, če upoštevamo naslednjo situacijo: predpostavimo, da imate dve palici istega materiala, vendar različne debeline, ki sta podvrženi naraščajočim silam, dokler se ne zlomijo.

Očitno je, da je treba za razbijanje debelejše palice uporabiti večjo silo, vendar je napor enak za vse palice z enako sestavo. Taki testi so v inženiringu pogosti, saj je pomembno, da izberemo pravi material za optimalno delovanje projicirane strukture.

Stres in napor

Matematično, če je strižna napetost označena kot τ, velikost uporabljene sile kot F in površina, nad katero deluje kot A, imamo povprečno strižno napetost:

Ker je razmerje med silo in površino, je enota napora v mednarodnem sistemu newton / m ² , ki se imenuje Pascal in okrajšano kot Pa. V angleškem sistemu pa pound-force / foot ² in pound-force / palčni ² .

Vendar se v mnogih primerih predmet, ki je izpostavljen strižni obremenitvi, deformira in nato povrne prvotno obliko, ne da bi se dejansko razbil, ko stres preneha delovati. Denimo, da je deformacija sestavljena iz spremembe dolžine.

V tem primeru so napetosti in napetosti sorazmerni, zato lahko upoštevamo naslednje:

Simbol ∝ pomeni "sorazmerno", kar zadeva deformacijo enote, pa je opredeljen kot količnik med spremembo dolžine, ki se bo imenoval ΔL, in prvotno dolžino, imenovano L _o . V to smer:

Modul striženja

Ker je količnik med dvema dolžinama, sev nima enot, toda pri postavljanju simbola enakosti jih mora zagotoviti stalnica sorazmernosti. Klicanje G na navedeno konstanto:

G se imenuje strižni modul ali strižni modul. V mednarodnem sistemu ima Pascalove enote in njegova vrednost je odvisna od narave materiala. Takšne vrednosti je mogoče določiti v laboratoriju s preskušanjem delovanja različnih sil na vzorce različne sestave.

Ko je potrebno določiti jakost strižne sile iz prejšnje enačbe, preprosto nadomestite definicijo napetosti:

Strižne sile so zelo pogoste, zato je treba njihove učinke upoštevati v številnih vidikih znanosti in tehnologije. V konstrukcijah se pojavljajo na nosilnih točkah nosilcev, lahko nastanejo med nesrečo in zlomijo kost, njihova prisotnost pa lahko spremeni delovanje strojev.

V veliki meri delujejo na zemeljski skorji, kar povzroča lom kamnin in geološke nesreče, zahvaljujoč tektonskim aktivnostim. Zato so tudi odgovorni za nenehno oblikovanje planeta.

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 ^{t 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.