- Lực bề mặt và lực khối lượng
- Lực đơn giản và lực phức hợp
- Ứng suất cắt
- Căng thẳng và căng thẳng
- Mô đun cắt
- Người giới thiệu
Lực cắt là một lực tổng hợp có đặc điểm là song song với bề mặt mà nó được tác động và có xu hướng phân chia cơ thể, làm dịch chuyển các mặt cắt do vết cắt.
Nó được biểu diễn bằng sơ đồ trong hình 1, trong đó lực cắt tác dụng lên hai điểm khác nhau của bút chì gỗ được thể hiện. Lực cắt đến lượt nó đòi hỏi hai lực song song và ngược chiều, tùy thuộc vào cường độ của chúng, có khả năng làm biến dạng bút chì hoặc chắc chắn làm gãy nó.
Hình 1. lực cắt do tay tác động làm gãy bút chì. Nguồn: Pixabay.
Vì vậy, mặc dù chúng ta nói về lực cắt ở số ít, nhưng trên thực tế có hai lực được áp dụng, vì lực cắt là một lực phức hợp. Các lực này bao gồm hai lực (hoặc nhiều hơn, trong trường hợp phức tạp) tác dụng tại các điểm khác nhau trên một vật.
Hai lực cùng độ lớn, ngược chiều nhưng có đường sức song song với nhau tạo thành một cặp lực. Các cặp không cung cấp phép dịch cho các đối tượng, vì kết quả của chúng bằng 0, nhưng chúng cung cấp một mô-men xoắn thực.
Với một chiếc cặp, các đồ vật như tay lái của xe bị quay, hoặc chúng có thể bị biến dạng và gãy, như trường hợp của bút chì và bảng gỗ trong Hình 2.
Hình 2. Lực cắt chia một thanh gỗ thành hai phần. Lưu ý rằng các lực có phương tiếp tuyến với mặt cắt ngang của khúc gỗ. Nguồn: F. Zapata.
Lực bề mặt và lực khối lượng
Lực tổng hợp là một phần của cái gọi là lực bề mặt, chính xác là vì chúng được tác dụng lên bề mặt của các vật thể và không liên quan theo bất kỳ cách nào với khối lượng của chúng. Để làm rõ vấn đề, hãy so sánh hai lực thường xuyên tác dụng lên vật: trọng lượng và lực ma sát.
Độ lớn của quả nặng là P = mg và vì nó phụ thuộc vào khối lượng của vật nên nó không phải là lực bề mặt. Đó là một lực khối lượng, và trọng lượng là ví dụ đặc trưng nhất.
Bây giờ, ma sát phụ thuộc vào bản chất của các bề mặt tiếp xúc chứ không phụ thuộc vào khối lượng của cơ thể mà nó tác dụng, do đó nó là một ví dụ điển hình về các lực bề mặt thường xuyên xuất hiện.
Lực đơn giản và lực phức hợp
Lực bề mặt có thể đơn giản hoặc phức hợp. Chúng ta đã thấy một ví dụ về lực hợp chất trong lực cắt, và về phần nó, lực ma sát được biểu diễn như một lực đơn giản, vì một mũi tên duy nhất đủ để biểu diễn nó trong biểu đồ cơ thể cô lập của vật thể.
Các lực đơn giản chịu trách nhiệm tạo ra những thay đổi đối với chuyển động của một vật, chẳng hạn chúng ta biết rằng lực ma sát động học giữa một vật chuyển động và bề mặt mà nó chuyển động, dẫn đến giảm tốc độ.
Ngược lại, lực hợp chất có xu hướng làm biến dạng vật thể và trong trường hợp kéo hoặc cắt, kết quả cuối cùng có thể là một vết cắt. Các lực bề mặt khác như lực căng hoặc lực nén kéo dài hoặc nén cơ thể mà chúng tác động.
Mỗi lần cắt cà chua để chuẩn bị nước sốt hoặc dùng kéo để cắt tờ giấy, các nguyên tắc được mô tả sẽ được áp dụng. Dụng cụ cắt thường có hai lưỡi kim loại sắc bén để tác dụng lực cắt lên mặt cắt của vật cần cắt.
Hình 3. Lực cắt khi tác dụng: một trong các lực do lưỡi dao tác dụng, lực còn lại là lực tác dụng bình thường của thớt. Nguồn: Ảnh đồ ăn tạo bởi katemangostar - freepik.es
Ứng suất cắt
Tác động của lực cắt phụ thuộc vào độ lớn của lực và diện tích mà nó tác dụng, đó là lý do tại sao trong kỹ thuật, khái niệm ứng suất cắt được sử dụng rộng rãi, có tính đến cả lực và diện tích.
Ứng suất này có các ý nghĩa khác như ứng suất cắt hay ứng suất cắt và trong các công trình xây dựng dân dụng, việc xem xét nó là cực kỳ quan trọng, vì nhiều hư hỏng trong kết cấu là do tác động của lực cắt.
Tính hữu dụng của nó được hiểu ngay lập tức khi xem xét tình huống sau: giả sử bạn có hai thanh bằng vật liệu giống nhau nhưng độ dày khác nhau chịu các lực tăng dần cho đến khi chúng bị gãy.
Rõ ràng là để phá vỡ thanh dày hơn, cần phải tác dụng một lực lớn hơn, tuy nhiên nỗ lực là như nhau đối với bất kỳ thanh nào có cùng thành phần. Các thử nghiệm như thế này là thường xuyên trong kỹ thuật, do tầm quan trọng của việc lựa chọn vật liệu phù hợp để cấu trúc dự kiến hoạt động tối ưu.
Căng thẳng và căng thẳng
Về mặt toán học, nếu chúng ta biểu thị ứng suất cắt là τ, độ lớn của lực tác dụng là F và diện tích mà nó tác dụng là A, chúng ta có ứng suất cắt trung bình:
Là tỷ số giữa lực và diện tích, đơn vị của nỗ lực trong Hệ thống quốc tế là newton / m 2 , được gọi là Pascal và viết tắt là Pa. Trong hệ thống tiếng Anh là pound-force / foot 2 và pound-force / inch 2 .
Bây giờ, trong nhiều trường hợp vật thể chịu ứng suất cắt bị biến dạng và sau đó khôi phục lại hình dạng ban đầu mà không thực sự bị phá vỡ, một khi ứng suất không còn tác dụng. Giả sử biến dạng bao gồm sự thay đổi chiều dài.
Trong trường hợp này, ứng suất và biến dạng tỷ lệ thuận với nhau, do đó có thể coi như sau:
Ký hiệu ∝ có nghĩa là "tỷ lệ với" và đối với biến dạng đơn vị, nó được định nghĩa là thương số giữa sự thay đổi của chiều dài, sẽ được gọi là ΔL và chiều dài ban đầu, được gọi là L o . Theo cách này:
Mô đun cắt
Là thương số giữa hai độ dài, biến dạng không có đơn vị, nhưng khi đặt biểu tượng đẳng thức thì hằng số tỉ lệ phải cung cấp cho chúng. Gọi G là hằng số:
G được gọi là môđun cắt hoặc môđun cắt. Nó có các đơn vị Pascal trong Hệ thống quốc tế và giá trị của nó phụ thuộc vào bản chất của vật liệu. Các giá trị này có thể được xác định trong phòng thí nghiệm bằng cách thử tác động của các lực khác nhau lên các mẫu có thành phần khác nhau.
Khi cần xác định độ lớn của lực cắt từ phương trình trước, chỉ cần thay thế định nghĩa của ứng suất:
Lực cắt là rất thường xuyên và ảnh hưởng của chúng phải được tính đến trên nhiều khía cạnh của khoa học và công nghệ. Trong các công trình xây dựng, chúng xuất hiện tại các điểm hỗ trợ của dầm, chúng có thể phát sinh trong một vụ tai nạn và làm gãy xương và sự hiện diện của chúng có thể làm thay đổi hoạt động của máy móc.
Chúng hoạt động trên quy mô lớn trên vỏ trái đất gây ra nứt vỡ đá và tai nạn địa chất, nhờ vào hoạt động kiến tạo. Do đó chúng cũng có trách nhiệm liên tục định hình hành tinh.
Người giới thiệu
- Bia, F. 2010. Cơ học vật liệu. ngày 5. Phiên bản. Đồi McGraw. 7 - 9.
- Fitzgerald, 1996. Cơ học vật liệu. Alpha Omega. 21-23.
- Giancoli, D. 2006. Vật lý: Các nguyên tắc với ứng dụng. 6 t th Prentice Hall Ed.. 238-242.
- Hibbeler, RC 2006. Cơ học vật liệu. Ngày 6. Phiên bản. Giáo dục Pearson. 22-25
- Valera Negrete, J. 2005. Ghi chú về Vật lý đại cương. UNAM. 87-98.
- Wikipedia. Ứng suất cắt. Được khôi phục từ: en.wikipedia.org.