ŠMYKOVÁ SILA: POVRCHOVÉ A HMOTNOSTNÉ SILY - FYZICKÝ - 2025

Šmyková sila je zlúčenina, sila, ktorá sa vyznačuje tým, že je rovnobežný s povrchom, na ktorom je vyvíjaný a má sklon k deleniu na telo, premiestňovať časti vyplývajúce z rezu.

Je schematicky znázornené na obrázku 1, na ktorom je znázornená rezacia sila aplikovaná na dva rôzne body drevenej ceruzky. Šmyková sila zase vyžaduje dve rovnobežné a opačné sily, ktoré sú v závislosti od svojej intenzity schopné ceruzku zdeformovať alebo ju definitívne zlomiť.

Obrázok 1. Šmyková sila pôsobiaca na ruky spôsobuje zlomenie ceruzky. Zdroj: Pixabay.

Takže, aj keď hovoríme o šmykovej sile v jednotnom čísle, v skutočnosti sú aplikované dve sily, pretože šmyková sila je zložená sila. Tieto sily pozostávajú z dvoch síl (alebo viacerých, v zložitých prípadoch) pôsobiacich v rôznych bodoch na objekt.

Dve sily rovnakého rozsahu a opačného smeru, ale s rovnobežnými smermi pôsobenia, tvoria pár síl. Dvojice neposkytujú preklad objektov, pretože ich výsledok je nula, ale poskytujú čistý krútiaci moment.

Pri páre sa predmety, ako napríklad volant vozidla, otáčajú alebo sa môžu zdeformovať a zlomiť, ako v prípade ceruzky a drevenej dosky znázornenej na obrázku 2.

Obrázok 2. Šmyková sila rozdeľuje drevenú tyč na dve časti. Všimnite si, že sily sú tangenciálne k prierezu guľatiny. Zdroj: F. Zapata.

Povrchové sily a masové sily

Zložené sily sú súčasťou tzv. Povrchových síl práve preto, že pôsobia na povrch telies a nijako nesúvisia s ich hmotnosťou. Na objasnenie bodu porovnajme tieto dve sily, ktoré často pôsobia na objekty: hmotnosť a trecia sila.

Hmotnosť je P = mg a keďže závisí od hmotnosti tela, nejde o povrchovú silu. Je to masová sila a hmotnosť je najcharakteristickejším príkladom.

Teraz trenie závisí od charakteru kontaktných povrchov a nie od hmotnosti tela, na ktoré pôsobí, preto je to dobrý príklad povrchových síl, ktoré sa často objavujú.

Jednoduché sily a zložené sily

Povrchové sily môžu byť jednoduché alebo zložené. Už sme videli príklad zloženej sily v šmykovej sile a z jej časti je trenie predstavované ako jednoduchá sila, pretože jedna šípka je dostatočná na to, aby ju reprezentovala v izolovanom tele tela objektu.

Jednoduché sily sú zodpovedné za tlačové zmeny pohybu tela, napríklad vieme, že kinetická trecia sila medzi pohybujúcim sa objektom a povrchom, na ktorom sa pohybuje, vedie k zníženiu rýchlosti.

Naopak, zložené sily majú tendenciu deformovať telesá a v prípade nožníc alebo nožníc môže byť konečným výsledkom rez. Iné povrchové sily, ako je napätie alebo kompresia, predlžujú alebo stláčajú telo, na ktoré pôsobia.

Zakaždým, keď sa paradajka nakrája na prípravu omáčky alebo ak sa na krájanie papiera použije nožnica, platia opísané zásady. Rezné nástroje majú obvykle dve ostré kovové čepele, ktoré pôsobia šmykovou silou na prierez sekaného predmetu.

Obrázok 3. Šmyková sila v činnosti: jedna zo síl pôsobí čepeľou noža, druhá je normálna sila pôsobiaca na doštičku. Zdroj: Jedlo vytvoril katemangostar - freepik.es

Šmykové napätie

Účinky šmykovej sily závisia od veľkosti sily a od oblasti, na ktorú pôsobí, takže v inžinierstve sa často používa pojem šmykové napätie, ktorý zohľadňuje silu aj oblasť.

Toto napätie má iné významy, ako je šmykové napätie alebo šmykové napätie, a v občianskych stavbách je mimoriadne dôležité brať ohľad na to, pretože mnohé poruchy v štruktúrach vychádzajú z pôsobenia šmykových síl.

Jeho užitočnosť sa okamžite pochopí, keď sa vezme do úvahy nasledujúca situácia: predpokladajme, že máte dve tyče z toho istého materiálu, ale rôzne hrúbky, ktoré sú vystavené zvyšujúcim sa silám, až kým sa nerozbijú.

Je zrejmé, že na prelomenie hrubšej tyče je potrebné vyvinúť väčšiu silu, avšak úsilie je rovnaké pre každú tyč, ktorá má rovnaké zloženie. Testy, ako je tento, sú v technike časté, vzhľadom na dôležitosť výberu správneho materiálu pre predpokladanú štruktúru, aby fungovala optimálne.

Stres a napätie

Matematicky, ak je šmykové napätie označené ako τ, veľkosť aplikovanej sily ako F a plocha, na ktorú pôsobí ako A, máme priemerné šmykové napätie:

Je pomer medzi silou a oblasti, jednotka úsilie v medzinárodnom systéme je newton / m ² , s názvom Pascal a skrátil ako Pa. V anglickom systéme libra-sila / noha ² a libra sily / palec ² .

Avšak v mnohých prípadoch je predmet vystavený šmykovému namáhaniu deformovaný a potom, čo prestane pôsobiť, obnoví svoj pôvodný tvar bez toho, aby sa skutočne zlomil. Predpokladajme, že deformácia spočíva v zmene dĺžky.

V tomto prípade je napätie a napätie úmerné, preto je možné zvážiť nasledujúce:

Symbol ∝ znamená „úmerný“ a pokiaľ ide o deformáciu jednotky, definuje sa ako kvocient medzi zmenou dĺžky, ktorá sa bude nazývať ΔL, a pôvodnou dĺžkou, ktorá sa nazýva L _o . Touto cestou:

Modul strihu

Keďže je to kvocient medzi dvoma dĺžkami, kmeň nemá žiadne jednotky, ale pri umiestňovaní symbolu rovnosti ich musí poskytnúť konštanta proporcionality. Volanie G na uvedenú konštantu:

G sa nazýva šmykový modul alebo šmykový modul. Má jednotky Pascalu v medzinárodnom systéme a jej hodnota závisí od povahy materiálu. Takéto hodnoty môžu byť stanovené v laboratóriu testovaním pôsobenia rôznych síl na vzorky rôzneho zloženia.

Ak je potrebné určiť veľkosť šmykovej sily z predchádzajúcej rovnice, jednoducho nahradiť definíciu napätia:

Strihové sily sú veľmi časté a ich účinky sa musia zohľadniť v mnohých aspektoch vedy a techniky. V konštrukciách sa vyskytujú v podporných bodoch lúčov, môžu vzniknúť pri nehode a zlomiť kosť a ich prítomnosť je schopná zmeniť fungovanie strojových zariadení.

Pôsobia vo veľkej miere na zemskej kôre a spôsobujú zlomeniny hornín a geologické nehody vďaka tektonickej činnosti. Preto sú zodpovedné aj za neustále formovanie planéty.

Referencie

1. Beer, F. 2010. Mechanika materiálov. 5 .. Vydanie. McGraw Hill. 7 - 9.
2. Fitzgerald, 1996. Mechanics of Materials. Alpha Omega. 21-23.
3. Giancoli, D. 2006. Fyzika: Princípy s aplikáciami. 6 ^{t th} Ed. Prentice Hall. 238-242.
4. Hibbeler, RC 2006. Mechanika materiálov. 6 .. Vydanie. Pearson Education. 22 - 25
5. Valera Negrete, J. 2005. Poznámky k všeobecnej fyzike. UNAM. 87-98.
6. Wikipedia. Šmykové napätie. Obnovené z: en.wikipedia.org.