ЗСУВНА СИЛА: ПОВЕРХНЕВІ ТА МАСОВІ СИЛИ - ФІЗИЧНІ

Сила зсуву - це складна сила, яка характеризується тим, що вона паралельна поверхні, на яку вона здійснюється, і має тенденцію до поділу тіла, зміщуючи ділянки, отримані в результаті розрізу.

Вона схематично представлена на рисунку 1, на якому показана сила різання, прикладена до двох різних точок дерев’яного олівця. Сила зсуву в свою чергу вимагає двох паралельних і протилежних сил, які залежно від їх інтенсивності здатні деформувати олівець або, безумовно, розбити його.

Малюнок 1. Зсувна сила, прикладена руками, спричиняє розрив олівця. Джерело: Pixabay.

Тож навіть якщо ми говоримо про силу зсуву в однині, насправді застосовуються дві сили, оскільки сила зсуву - це складна сила. Ці сили складаються з двох сил (або більше, у складних випадках), прикладених у різних точках на об’єкт.

Дві сили однакової величини і протилежного напрямку, але з паралельними лініями дії, складають пару сил. Пари не забезпечують перекладу об'єктам, оскільки їх результат дорівнює нулю, але вони забезпечують чистий крутний момент.

При парі обертаються такі предмети, як рульове колесо транспортного засобу, або вони можуть деформуватися та розбиватися, як у випадку з олівцем та дерев’яною дошкою, показаною на малюнку 2.

Малюнок 2. Зсувна сила ділить дерев’яний брусок на дві секції. Зауважте, що сили дотичні до перерізу колоди. Джерело: Ф. Сапата.

Поверхневі сили і масові сили

Складені сили входять до складу так званих поверхневих сил саме тому, що вони прикладаються на поверхню тіл і жодним чином не пов’язані зі своєю масою. Для уточнення суті порівняємо ці дві сили, які часто діють на предмети: вага та сила тертя.

Величина ваги P = мг, і оскільки вона залежить від маси тіла, вона не є поверхневою силою. Це сила маси, а вага - найхарактерніший приклад.

Тепер тертя залежить від характеру контактних поверхонь, а не від маси тіла, на яке воно діє, тому це хороший приклад поверхневих сил, які часто з’являються.

Прості сили і складні сили

Поверхневі сили можуть бути простими або складними. Ми вже бачили приклад складової сили в зсувній силі, і, зі свого боку, тертя представлене як просту силу, оскільки однієї стрілки достатньо, щоб представити її на ізольованій схемі тіла об'єкта.

Прості сили відповідають за друк змін в русі тіла, наприклад, ми знаємо, що сила кінетичного тертя між рухомим предметом і поверхнею, по якій він рухається, призводить до зниження швидкості.

Навпаки, складові сили мають тенденцію до деформації тіл, а у випадку з ножицями чи ножицями кінцевим результатом може стати розріз. Інші поверхневі сили, такі як натяг або стиск, подовжують або стискають тіло, на яке вони діють.

Щоразу, коли томат ріжемо для приготування соусу або ножиці використовуються для розрізування аркуша паперу, застосовуються описані принципи. Інструменти для різання зазвичай мають два гострих металевих леза, щоб застосувати зусилля зсуву на поперечний переріз предмета, який потрібно подрібнити.

Малюнок 3. Сила зсуву в дії: одна сила прикладається лезом ножа, інша - звичайна, яка чиниться на обробну дошку. Джерело: Фото про їжу, створене katemangostar - freepik.es

Напруга зсуву

Вплив сили зсуву залежить від величини сили та площі, на яку вона діє, тому в інженерії широко використовується концепція напруги зсуву, яка враховує як силу, так і площу.

Цей стрес має інші значення, такі як напруга зсуву або напруження зсуву, і в цивільних спорудах це надзвичайно важливо враховувати, оскільки багато збоїв у конструкціях виникають внаслідок дії сил зсуву.

Його корисність відразу розуміється при розгляді наступної ситуації: припустимо, що у вас є два бруски з одного матеріалу, але різної товщини, які піддаються збільшенню сил, поки вони не зламаються.

Очевидно, що для розбивання більш товстого бруска потрібно докладати більшу силу, однак зусилля однакові для будь-якого бруска, який має однаковий склад. Випробування на кшталт цього є частими інженерними технологіями, враховуючи важливість вибору потрібного матеріалу для оптимальної роботи проектуваної структури.

Стрес і напруга

Математично, якщо напруга зсуву позначається як τ, величина прикладеної сили як F і площа, над якою вона діє як A, маємо середнє напруження зсуву:

Будучи коефіцієнтом між силою та площею, одиницею зусиль у Міжнародній системі є ньютон / м ² , що називається Паскаль і скорочено Па. В англійській системі pound-force / foot ² та pound-force / дюйм ² .

Однак у багатьох випадках предмет, що зазнав напруги зсуву, деформується і потім відновлює свою первісну форму, не фактично руйнуючись, як тільки напруга перестане діяти. Припустимо, деформація складається із зміни довжини.

У цьому випадку напруження та напруження пропорційні, тому можна вважати наступне:

Символ ∝ означає "пропорційний", а що стосується одиничної деформації, він визначається як коефіцієнт між зміною довжини, яка буде називатися ΔL, і початковою довжиною, що називається L _o . Таким чином:

Модуль зсуву

Будучи коефіцієнтом між двома довжинами, штам не має одиниць, але, розміщуючи символ рівності, константа пропорційності повинна забезпечувати їх. Виклик G до зазначеної постійної:

G називається модулем зсуву або модулем зсуву. Він має одиниці Паскаля в Міжнародній системі, і його значення залежить від характеру матеріалу. Такі значення можна визначити в лабораторії, випробувавши дію різних сил на зразки різноманітного складу.

Коли потрібно визначити величину сили зсуву з попереднього рівняння, просто замініть визначення напруження:

Зсувні сили дуже часті, і їх вплив слід враховувати у багатьох аспектах науки та техніки. У конструкціях вони з'являються в опорних точках балок, вони можуть виникнути під час аварії та зламати кістку, і їх наявність здатна змінити роботу техніки.

Вони діють у великих масштабах на земній корі, викликаючи руйнування гірських порід та геологічні аварії, завдяки тектонічній діяльності. Тому вони також відповідають за постійне формування планети.

Список літератури

Пиво, Ф. 2010. Механіка матеріалів. 5-й. Видання. McGraw Hill. 7 - 9.
Фіцджеральд, 1996. Механіка матеріалів. Альфа Омега. 21-23.
Джанколі, Д. 2006. Фізика: принципи застосування. 6 ^т^е изд. Prentice Hall. 238-242.
Hibbeler, RC 2006. Механіка матеріалів. 6-й. Видання. Пірсон освіта. 22 -25
Валера Негрете, Дж. 2005. Записки з загальної фізики. УНАМ. 87-98.
Вікіпедія. Напруга зсуву. Відновлено з: en.wikipedia.org.

ЗСУВНА СИЛА: ПОВЕРХНЕВІ ТА МАСОВІ СИЛИ - ФІЗИЧНІ - 2026