SKJUVKRAFT: YT- OCH MASSKRAFTER - FYSISK

Den skjuvkraft är en förening kraft som kännetecknas av att vara parallell med den yta på vilken den utövas och tenderar att dela kroppen, förskjuta sektionerna resulterar från snittet.

Det är schematiskt representerat i figur 1, i vilket en skärkraft applicerad på två olika punkter av en träblyertspenna visas. Skjuvkraften kräver i sin tur två parallella och motsatta krafter, som beroende på deras intensitet, kan deformera pennan eller definitivt spricka den.

Figur 1. Skjuvkraften som appliceras med händerna får blyertspennan att gå sönder. Källa: Pixabay.

Så även om vi pratar om skjuvkraften i singularis, i själva verket tillämpas två krafter, eftersom skjuvkraften är en sammansatt kraft. Dessa krafter består av två krafter (eller mer, i komplexa fall) applicerade på olika punkter på ett objekt.

Två krafter av samma storlek och motsatt riktning, men med parallella handlinjer, utgör ett par krafter. Paren ger inte översättning till objekten, eftersom deras resulterande resultat är noll, men de ger ett nettomoment.

Med ett par roteras föremål såsom rattet på ett fordon, eller de kan deformeras och brytas, som i fallet med pennan och träskivan som visas i figur 2.

Bild 2. Skjuvkraft delar upp en trästång i två sektioner. Observera att krafterna är tangentiella för tvärsnittet i stocken. Källa: F. Zapata.

Ytkrafter och masskrafter

Sammansatta krafter är en del av de så kallade ytkrafterna, just för att de appliceras på kroppens yta och inte är relaterade på något sätt till deras massa. För att klargöra punkten, låt oss jämföra dessa två krafter som ofta verkar på föremål: vikt och friktionskraft.

Viktens storlek är P = mg och eftersom det beror på kroppens massa är det inte en ytkraft. Det är en masskraft, och vikt är det mest karakteristiska exemplet.

Nu beror friktion på beskaffenheten hos kontaktytorna och inte på massan hos kroppen på vilken den verkar, därför är det ett bra exempel på ytkrafter som ofta förekommer.

Enkla krafter och sammansatta krafter

Ytkrafter kan vara enkla eller sammansatta. Vi har redan sett ett exempel på en sammansatt kraft i skjuvkraften, och för dess del är friktion representerad som en enkel kraft, eftersom en enda pil räcker för att representera den i objektets isolerade kroppsdiagram.

Enkla krafter är ansvariga för att skriva ut förändringar i kroppens rörelse, till exempel vet vi att den kinetiska friktionskraften mellan ett rörligt föremål och ytan som den rör sig på resulterar i en minskning av hastigheten.

Tvärtom tenderar sammansatta krafter att deformera kroppar och i händelse av sax eller sax kan slutresultatet vara ett snitt. Andra ytkrafter, såsom spänning eller kompression, förlänger eller komprimerar kroppen på vilken de verkar.

Varje gång tomaten skärs för att förbereda såsen eller en sax används för att dela ett pappersark gäller de beskrivna principerna. Skärverktyg har vanligtvis två vassa metallblad för att tillämpa skjuvkraft på tvärsnittet av föremålet som ska hackas.

Bild 3. Skjuvkraft i aktion: en av krafterna appliceras av knivbladet, den andra är den normala som utövas av skärbrädan. Källa: Matfoto skapat av katemangostar - freepik.es

Skjuvspänning

Effekterna av skjuvkraften beror på storleken på kraften och det område som den verkar på, så vid konstruktion används begreppet skjuvspänning i stor utsträckning, som tar hänsyn till både kraft och område.

Denna spänning har andra betydelser såsom skjuvspänning eller skjuvspänning och i civila konstruktioner är det oerhört viktigt att ta hänsyn till det, eftersom många fel i strukturer kommer från skjuvkrafternas inverkan.

Användbarheten förstås omedelbart när man tänker på följande situation: anta att du har två stänger av samma material men olika tjocklek som utsätts för ökande krafter tills de går sönder.

Det är uppenbart att för att bryta den tjockare stången måste större kraft appliceras, men ansträngningen är densamma för alla stänger som har samma sammansättning. Test som detta är ofta inom teknik, med tanke på vikten av att välja rätt material för att den projicerade strukturen ska fungera optimalt.

Stress och belastning

Matematiskt, om skjuvspänningen betecknas som τ, storleken på den applicerade kraften som F och det område som den verkar som A, har vi den genomsnittliga skjuvspänningen:

Eftersom förhållandet mellan kraft och område är ansträngningsenheten i det internationella systemet newton / m ² , kallad Pascal och förkortat Pa. I det engelska systemet är pound-force / foot ² och the pund-force / tum ² .

I många fall deformeras föremålet som utsätts för skjuvspänningen och återhämtar sig sedan sin ursprungliga form utan att faktiskt bryta, när spänningen upphört att verka. Anta att deformationen består av en förändring i längd.

I detta fall är spänningen och belastningen proportionell, därför kan följande beaktas:

Symbolen ∝ betyder "proportionell mot" och när det gäller enhetens deformation definieras den som kvoten mellan förändringen i längd, som kommer att kallas ΔL och den ursprungliga längden, kallad L _o . På det här sättet:

Skjuvmodul

Som en kvotient mellan två längder har stammen inga enheter, men när jämställdhetssymbolen placeras måste proportionalitetskonstanten tillhandahålla dem. Ringer G till nämnda konstant:

G kallas skjuvmodul eller skjuvmodul. Den har Pascal-enheter i det internationella systemet och dess värde beror på materialets natur. Sådana värden kan bestämmas i laboratoriet genom att testa verkan av olika krafter på prover med varierad sammansättning.

När det krävs för att bestämma storleken på skjuvkraften från den föregående ekvationen, ersätt helt enkelt definitionen av spänning:

Skjuvkrafter är mycket frekventa och deras effekter måste beaktas i många aspekter av vetenskap och teknik. I konstruktioner visas de vid stödpunkterna för balkarna, de kan uppstå under en olycka och bryta ett ben och deras närvaro kan förändra maskinens funktion.

De verkar i stor skala på jordskorpan och orsakar stenbrott och geologiska olyckor tack vare tektonisk aktivitet. Därför är de också ansvariga för att kontinuerligt utforma planeten.

referenser

Beer, F. 2010. Materialmekanik. 5:e. Utgåva. McGraw Hill. 7 - 9.
Fitzgerald, 1996. Mechanics of Materials. Alpha Omega. 21-23.
Giancoli, D. 2006. Physics: Principles with Applications. 6 ^t^{: e} Ed. Prentice Hall. 238-242.
Hibbeler, RC 2006. Materialmekanik. 6:e. Utgåva. Pearson Education. 22 -25
Valera Negrete, J. 2005. Anteckningar om allmän fysik. UNAM. 87-98.
Wikipedia. Skjuvspänning. Återställd från: en.wikipedia.org.

SKJUVKRAFT: YT- OCH MASSKRAFTER - FYSISK - 2025