LEIKKAUSVOIMA: PINTA- JA MASSAVOIMAT - FYYSINEN - 2026

Leikkausvoima on yhdiste, voima, joka on tunnettu siitä, että on samansuuntainen pinnan, johon se kohdistuu, ja pyrkii jakamaan runko, syrjäyttäen osat johtuvat leikkaus.

Se on esitetty kaaviomaisesti kuviossa 1, jossa on esitetty puisen kynän kahteen eri kohtaan kohdistettu leikkausvoima. Leikkausvoima puolestaan ​​vaatii kaksi yhdensuuntaista ja vastakkaista voimaa, jotka voimakkuudestaan ​​riippuen kykenevät muuttamaan kynää tai murtamaan sen ehdottomasti.

Kuva 1. Käsin kohdistettu leikkausvoima aiheuttaa kynän rikkoutumisen. Lähde: Pixabay.

Joten vaikka puhumme leikkausvoimasta yksikössä, todellisuudessa käytetään kahta voimaa, koska leikkausvoima on yhdistelmävoima. Nämä voimat koostuvat kahdesta voimasta (tai useammasta, monimutkaisissa tapauksissa), jotka on kohdistettu esineen eri kohtiin.

Kaksi samansuuruista ja vastakkaista suuntaa, mutta yhdensuuntaisilla toimintajohdoilla, muodostavat voimien parin. Pari ei tarjoa käännöstä esineille, koska niiden tulos on nolla, mutta ne tarjoavat nettovääntömomentin.

Parin avulla esineitä, kuten ajoneuvon ohjauspyörää, pyöritetään tai ne voidaan muotoilla ja rikkoutua, kuten kuvassa 2 esitetyn lyijykynän ja puulevyn tapauksessa.

Kuva 2. Leikkausvoima jakaa puustangon kahteen osaan. Huomaa, että voimat ovat tangentiaalisia tukin poikkileikkaukselle. Lähde: F. Zapata.

Pintavoimat ja massavoimat

Yhdistetyt voimat ovat osa ns. Pintavoimia juuri siksi, että ne kohdistuvat kehon pinnalle eivätkä ole millään tavoin suhteessa niiden massaan. Pisteen selventämiseksi vertaamme vertaamalla näitä kahta esineisiin usein vaikuttavaa voimaa: painoa ja kitkavoimaa.

Painon suuruus on P = mg ja koska se riippuu kehon massasta, se ei ole pintavoima. Se on massavoima, ja paino on tyypillisin esimerkki.

Kitka riippuu nyt kosketuspintojen luonteesta eikä sen ruumiin massasta, johon se vaikuttaa, joten se on hyvä esimerkki usein esiintyvistä pintavoimista.

Yksinkertaiset voimat ja yhdistelmävoimat

Pintavoimat voivat olla yksinkertaisia ​​tai yhdistettyjä. Olemme jo nähneet esimerkin leikkausvoimassa olevasta yhdistetystä voimasta, ja kitka on puolestaan ​​esitetty yksinkertaisena voimana, koska yksi nuoli riittää edustamaan sitä esineen eristetyssä vartalokaaviossa.

Yksinkertaiset voimat ovat vastuussa kehon liikkeen muutosten tulostamisesta, esimerkiksi tiedämme, että liikkuvan esineen ja sen pinnan välinen kineettinen kitkavoima, jolla se liikkuu, johtaa nopeuden pienenemiseen.

Päinvastoin, yhdistelmävoimilla on taipumus muodonmuutokselle ja leikkureiden tai leikkureiden tapauksessa lopputulos voi olla leikkaus. Muut pintavoimat, kuten veto tai puristus, pidentävät tai puristavat kehon, johon ne vaikuttavat.

Joka kerta, kun tomaatti leikataan kastikkeen valmistamiseksi tai saksia käytetään paperiarkin leikkaamiseen, kuvatut periaatteet pätevät. Leikkuutyökaluissa on yleensä kaksi terävää metalliterää leikkausvoiman kohdistamiseksi leikattavan esineen poikkileikkaukseen.

Kuva 3. Leikkausvoima toiminnassa: yksi voimista kohdistuu veitsenterällä, toinen on normaali, jonka leikkuulauta kohdistaa. Lähde: katemangostarin luoma ruokavalokuva - freepik.es

Leikkausrasitus

Leikkausvoiman vaikutukset riippuvat voiman suuruudesta ja alueesta, jolla se vaikuttaa, siksi suunnittelussa leikkausjännityksen käsitettä käytetään laajasti, joka ottaa huomioon sekä voiman että alueen.

Tällä jännityksellä on muita merkityksiä, kuten leikkausjännitys tai leikkausjännitys, ja siviilirakenteissa on erittäin tärkeää ottaa se huomioon, koska monet rakenteiden viat johtuvat leikkausvoimien vaikutuksesta.

Sen hyödyllisyys ymmärretään heti, kun tarkastellaan seuraavaa tilannetta: Oletetaan, että sinulla on kaksi samaa materiaalia, mutta eripaksuisia tankoja, jotka joutuvat kasvavien voimien läpi, kunnes ne rikkoutuvat.

On selvää, että paksumman sauvan murtamiseksi on kohdistettava suurempi voima, mutta vaiheet ovat samat kaikille tankoille, joilla on sama koostumus. Tämän tyyppiset testit ovat usein tekniikan suunnittelussa, kun otetaan huomioon, että on tärkeää valita oikea materiaali, jotta suunniteltu rakenne toimisi optimaalisesti.

Stressiä ja paineita

Matemaattisesti, jos leikkausjännitys on merkitty τ: lla, kohdistetun voiman suuruus F: na ja alue, jolla se toimii A: na, on keskimääräinen leikkausjännitys:

Koska voiman ja alueen välinen suhde on kansainvälisen järjestelmän voimayksikkö, on newton / m ², nimeltään Pascal ja lyhennettynä Pa: Englannin järjestelmässä pound-force / foot ² ja pound-force / tuumaa ².

Nyt monissa tapauksissa esine, jolle leikkausjännitys kohdistuu, deformoituu ja palauttaa sitten alkuperäisen muodonsa tosiasiallisesti rikkomatta, kun jännitys on lakannut toimimasta. Oletetaan, että muodonmuutos koostuu pituuden muutoksesta.

Tässä tapauksessa jännitys ja rasitus ovat verrannollisia, joten seuraavia voidaan harkita:

Symboli ∝ tarkoittaa "verrannollinen" ja venymisen suhteen se määritellään osuutena pituuden muutoksesta, jota kutsutaan ΔL, ja alkuperäisestä pituudesta, nimeltään L _o. Tällä tavoin:

Leikkauskerroin

Koska kannassa on jako kahden pituuden välillä, kannalla ei ole yksiköitä, mutta tasa-arvosymbolin sijoittamisen yhteydessä niiden on oltava suhteellisuusvakion mukaiset. Soittaminen G: lle mainittuun vakioon:

G: tä kutsutaan leikkauskerrokseksi tai leikkauskerrokseksi. Siinä on Pascal-yksiköitä kansainvälisessä järjestelmässä, ja sen arvo riippuu materiaalin luonteesta. Tällaiset arvot voidaan määrittää laboratoriossa testaamalla eri voimien vaikutus vaihtelevan koostumuksen näytteisiin.

Kun leikkausvoiman suuruus on määritettävä edellisestä yhtälöstä, korvataan yksinkertaisesti jännityksen määritelmä:

Leikkausvoimat ovat hyvin yleisiä, ja niiden vaikutukset on otettava huomioon monissa tieteen ja tekniikan näkökohdissa. Rakenteissa, joita ne esiintyvät palkkien tukipisteissä, ne voivat syntyä onnettomuuden aikana ja rikkoa luu, ja niiden läsnäolo voi muuttaa koneiden toimintaa.

Ne vaikuttavat laajasti maankuoreen aiheuttaen kivimurtumia ja geologisia onnettomuuksia tektonisen toiminnan ansiosta. Siksi he ovat myös vastuussa planeetan jatkuvasta muokkaamisesta.

Viitteet

1. Beer, F. 2010. Materiaalien mekaniikka. 5th. Painos. McGraw Hill. 7 - 9.
2. Fitzgerald, 1996. Materiaalien mekaniikka. Alfa-Omega. 21-23.
3. Giancoli, D. 2006. Fysiikka: Periaatteet ja sovellukset. 6 ^{t th} Ed. Prentice Hall. 238-242.
4. Hibbeler, RC 2006. Materiaalien mekaniikka. 6th. Painos. Pearson koulutus. 22-25
5. Valera Negrete, J. 2005. Muistiinpanoja yleisfysiikasta. UNAM. 87-98.
6. Wikipedia. Leikkausstressi. Palautettu osoitteesta: en.wikipedia.org.