FORSKYDNINGSKRAFT: OVERFLADE- OG MASSEKRÆFTER - FYSISK - 2025

Den forskydningskraft er en forbindelse kraft, der er kendetegnet ved at være parallel med den overflade, hvorpå den udøves, og har tendens til at opdele kroppen, forskyde afsnittene følger af snittet.

Det er skematisk repræsenteret i figur 1, hvor en skærekraft, der påføres to forskellige punkter af en træblyant, er vist. Forskydningskraften kræver på sin side to parallelle og modsatte kræfter, som afhængigt af deres intensitet er i stand til at deformere blyanten eller bestemt sprække den.

Figur 1. Skærkraften, der påføres med hænderne, får blyanten til at gå i stykker. Kilde: Pixabay.

Så selvom vi taler om forskydningskraften i ental, anvendes der i virkeligheden to kræfter, da forskydningskraften er en sammensat kraft. Disse kræfter består af to kræfter (eller mere, i komplekse tilfælde), der anvendes på forskellige punkter på et objekt.

To kræfter af samme størrelse og modsat retning, men med parallelle handlingslinjer, udgør et par kræfter. Parene giver ikke oversættelse til objekterne, da deres resulterende er nul, men de giver et nettomoment.

Med et par drejes genstande såsom rattet på et køretøj, eller de kan deformeres og ødelægges, som for tilfældet med blyanten og træpladen vist i figur 2.

Figur 2. Forskydningskraft deler en trækstang i to sektioner. Bemærk, at kræfterne er tangentielle til tværsnittet af loggen. Kilde: F. Zapata.

Overfladekræfter og massekræfter

Sammensatte kræfter er en del af de såkaldte overfladekræfter, netop fordi de påføres på overfladen af ​​legemer og ikke på nogen måde er forbundet med deres masse. For at afklare dette punkt, lad os sammenligne disse to kræfter, der ofte virker på genstande: vægt og friktionskraft.

Vægtens størrelse er P = mg, og da det afhænger af kroppens masse, er det ikke en overfladekraft. Det er en massekraft, og vægt er det mest karakteristiske eksempel.

Nu afhænger friktion af arten af ​​kontaktfladerne og ikke af massen af ​​kroppen, som den virker på, derfor er det et godt eksempel på overfladekræfter, der ofte vises.

Enkle kræfter og sammensatte kræfter

Overfladekræfter kan være enkle eller sammensatte. Vi har allerede set et eksempel på en sammensat kraft i forskydningskraften, og for sin del er friktion repræsenteret som en simpel kraft, da en enkelt pil er nok til at repræsentere den i objektets isolerede kropsdiagram.

Enkle kræfter er ansvarlige for at udskrive ændringer i et legems bevægelse, for eksempel ved vi, at den kinetiske friktionskraft mellem et bevægeligt objekt og den overflade, hvorpå det bevæger sig, resulterer i en reduktion i hastighed.

Tværtimod har sammensatte kræfter en tendens til at deformere legemer, og i tilfælde af sax eller sax kan slutresultatet være et snit. Andre overfladekræfter, såsom spænding eller kompression, forlænger eller komprimerer kroppen, hvorpå de virker.

Hver gang tomaten skæres til tilberedning af saucen eller en saks bruges til at sektionere et ark papir, gælder de beskrevne principper. Skæreværktøjer har normalt to skarpe metalvinger til at anvende forskydningskraft på tværsnittet af det objekt, der skal hugges.

Figur 3. Forskydningskraft i aktion: en af ​​kræfterne påføres med knivbladet, den anden er den normale, der udøves af skærebrættet. Kilde: Madfoto oprettet af katemangostar - freepik.es

Ren stress

Virkningerne af forskydningskraften afhænger af størrelsen af ​​kraften og det område, som den virker på, så inden for konstruktion er konceptet med forskydningsspænding vidt brugt, hvilket tager højde for både kraft og område.

Denne stress har andre betydninger, såsom forskydningsspænding eller forskydningsspænding, og i civile konstruktioner er det ekstremt vigtigt at overveje det, da mange svigt i strukturer kommer fra forskydningskræfter.

Dets nyttelighed forstås øjeblikkeligt, når man overvejer følgende situation: Antag, at du har to stænger af det samme materiale, men forskellige tykkelser, der udsættes for stigende kræfter, indtil de går i stykker.

Det er åbenlyst, at for at bryde den tykkere stang, skal der påføres større kraft, men indsatsen er den samme for enhver stang, der har den samme sammensætning. Tests som dette er hyppigt inden for konstruktion i betragtning af vigtigheden af ​​at vælge det rigtige materiale til, at den projicerede struktur fungerer optimalt.

Stress og belastning

Matematisk set, hvis forskydningsspændingen betegnes som τ, størrelsen af ​​den påførte kraft som F og det område, som den fungerer som A, har vi den gennemsnitlige forskydningsspænding:

Da det er forholdet mellem kraft og område, er indsatsenheden i det internationale system newton / m ², kaldet Pascal og forkortet som Pa. I det engelske system er pound-force / foot ² og the pund-force / tommer ².

I mange tilfælde deformeres genstanden, der udsættes for forskydningsspænding, og genvinder derefter sin oprindelige form uden faktisk at bryde, når spændingen først er ophørt med at virke. Antag, at deformationen består af en ændring i længde.

I dette tilfælde er stress og belastning proportional, derfor kan følgende overvejes:

Symbolet ∝ betyder "proportionalt med", og med hensyn til belastning defineres det som kvoten mellem ændringen i længde, der vil blive kaldt ΔL, og den oprindelige længde, kaldet L _o. På denne måde:

Forskydningsmodul

Da stammen er en kvotient mellem to længder, har stammen ingen enheder, men når der placeres ligestillingssymbolet, skal proportionalitetskonstanten give dem. Ringer G til nævnte konstante:

G kaldes forskydningsmodul eller forskydningsmodul. Det har Pascal-enheder i det internationale system, og dets værdi afhænger af materialets art. Sådanne værdier kan bestemmes i laboratoriet ved at teste virkningen af ​​forskellige kræfter på prøver med varieret sammensætning.

Når det kræves for at bestemme størrelsen af ​​forskydningskraften fra den forrige ligning, skal du blot erstatte definitionen af ​​spænding:

Forskydningskræfter er meget hyppige, og deres effekter skal tages med i mange aspekter af videnskab og teknologi. I konstruktioner vises de på bjælkens støttepunkter, de kan opstå under en ulykke og bryde en knogle, og deres tilstedeværelse er i stand til at ændre driften af ​​maskiner.

De virker i stor skala på jordskorpen og forårsager stenbrud og geologiske uheld takket være tektonisk aktivitet. Derfor er de også ansvarlige for kontinuerlig at forme planeten.

Referencer

1. Beer, F. 2010. Mekanik af materialer. 5.. Edition. McGraw Hill. 7 - 9.
2. Fitzgerald, 1996. Mechanics of Materials. Alpha Omega. 21-23.
3. Giancoli, D. 2006. Fysik: Principper med applikationer. 6 ^{t th} Ed. Prentice Hall. 238-242.
4. Hibbeler, RC 2006. Mekanik af materialer. 6th. Edition. Pearson Uddannelse. 22-25
5. Valera Negrete, J. 2005. Noter om generel fysik. UNAM. 87-98.
6. Wikipedia. Ren stress. Gendannet fra: en.wikipedia.org.