SMYKOVÁ SÍLA: POVRCHOVÉ A HMOTNOSTNÍ SÍLY - FYZICKÝ - 2025

Smyková síla je sloučenina, síla, která se vyznačuje tím, že je rovnoběžný s povrchem, na kterém je vyvíjen a má sklon k dělení na tělo, přemísťovat části vyplývající z řezu.

Je schematicky znázorněno na obrázku 1, na kterém je znázorněna řezná síla aplikovaná na dva různé body dřevěné tužky. Smyková síla zase vyžaduje dvě rovnoběžné a protilehlé síly, které jsou v závislosti na jejich intenzitě schopny tužku zdeformovat nebo ji definitivně rozbít.

Obrázek 1. Smyková síla aplikovaná rukama způsobí zlomení tužky. Zdroj: Pixabay.

Takže, i když mluvíme o smykové síle v singulární, ve skutečnosti jsou aplikovány dvě síly, protože smyková síla je složená síla. Tyto síly sestávají ze dvou sil (nebo více, ve složitých případech) aplikovaných v různých bodech na objekt.

Dvě síly stejného rozsahu a opačného směru, ale s paralelními liniemi působení, tvoří pár sil. Dvojice neposkytují překlad k objektům, protože jejich výsledek je nula, ale poskytují čistý točivý moment.

U dvojice se objekty, jako je volant vozidla, otáčí nebo se mohou deformovat a rozbít, jako v případě tužky a dřevěné desky znázorněné na obrázku 2.

Obrázek 2. Smyková síla rozdělí dřevěnou tyč na dvě sekce. Pamatujte, že síly jsou tangenciální k průřezu protokolu. Zdroj: F. Zapata.

Povrchové síly a masové síly

Složené síly jsou součástí tzv. Povrchových sil právě proto, že jsou aplikovány na povrch těles a nijak nesouvisejí s jejich hmotou. Pro objasnění tohoto bodu porovnejme tyto dvě síly, které často působí na objekty: hmotnost a třecí síla.

Velikost hmotnosti je P = mg a protože závisí na hmotnosti těla, nejde o povrchovou sílu. Je to masová síla a hmotnost je nejcharakterističtějším příkladem.

Tření nyní závisí na povaze kontaktních povrchů a nikoli na hmotnosti těla, na které působí, proto je dobrým příkladem povrchových sil, které se často objevují.

Jednoduché síly a složené síly

Povrchové síly mohou být jednoduché nebo složené. Už jsme viděli příklad složené síly ve střižné síle, a pokud jde o její část, tření je představováno jako jednoduchá síla, protože jediná šipka je dostatečná k tomu, aby ji reprezentovala v izolovaném tělesovém diagramu objektu.

Jednoduché síly jsou zodpovědné za tiskové změny pohybu těla, například víme, že kinetická třecí síla mezi pohybujícím se objektem a povrchem, na kterém se pohybuje, má za následek snížení rychlosti.

Naopak, složené síly mají tendenci deformovat tělesa a v případě nůžek nebo nůžek může být výsledkem řez. Jiné povrchové síly, jako je napnutí nebo stlačení, prodlužují nebo stlačují tělo, na které působí.

Pokaždé, když se rajčata nakrájí na přípravu omáčky nebo když se nůžky použijí na řez listů papíru, platí popsané zásady. Řezné nástroje mají obvykle dvě ostré kovové čepele, aby na průřez řezaného předmětu působily střižnou silou.

Obrázek 3. Smyková síla v akci: jedna ze sil je aplikována čepelí nože, druhá je normální silou vyvíjenou řeznou deskou. Zdroj: Food photo vytvořil katemangostar - freepik.es

Střihové napětí

Účinky střižné síly závisí na velikosti síly a oblasti, na kterou působí, takže ve strojírenství se široce používá koncept střižného napětí, který bere v úvahu jak sílu, tak oblast.

Toto napětí má jiné významy, jako je smykové napětí nebo smykové napětí a v občanských stavbách je nesmírně důležité vzít v úvahu to, protože mnoho poruch ve strukturách pochází z působení smykových sil.

Její užitečnost je okamžitě pochopena při zvažování následující situace: Předpokládejme, že máte dvě tyče ze stejného materiálu, ale různé tloušťky, které jsou vystaveny rostoucím silám, dokud se nezlomí.

Je zřejmé, že pro rozbití tlustší tyče musí být použita větší síla, avšak úsilí je stejné pro každou tyč, která má stejné složení. Zkoušky, jako je tento, jsou ve strojírenství časté, vzhledem k důležitosti výběru správného materiálu pro plánovanou strukturu, aby fungovala optimálně.

Stres a napětí

Matematicky, pokud je smykové napětí označeno jako τ, velikost aplikované síly jako F a plocha, na kterou působí jako A, máme průměrné smykové napětí:

Být poměr mezi silou a oblastí, jednotka úsilí v mezinárodním systému je newton / m ², nazvaný Pascal a zkráceně jak Pa. V anglickém systému libra-síla / noha ² a libra-síla / palec ².

Nyní, v mnoha případech je předmět vystavený smykovému napětí deformován a poté, co napětí přestane působit, obnoví svůj původní tvar, aniž by se skutečně zlomil. Předpokládejme, že deformace spočívá ve změně délky.

V tomto případě jsou napětí a napětí proporcionální, lze tedy zvážit následující:

Symbol ∝ znamená „úměrný“ a pokud jde o deformaci jednotky, je definován jako podíl mezi změnou délky, která se bude nazývat ΔL, a původní délkou, nazvanou L _o. Takto:

Tažný modul

Protože je kvocientem mezi dvěma délkami, kmen nemá žádné jednotky, ale při umístění symbolu rovnosti je musí poskytnout konstanta proporcionality. Volání G do konstanty:

G se nazývá smykový modul nebo smykový modul. Má Pascal jednotky v mezinárodním systému a jeho hodnota závisí na povaze materiálu. Tyto hodnoty mohou být stanoveny v laboratoři testováním působení různých sil na vzorky různého složení.

Pokud je třeba určit velikost střižné síly z předchozí rovnice, jednoduše nahradit definici napětí:

Smykové síly jsou velmi časté a jejich účinky je třeba brát v úvahu v mnoha aspektech vědy a techniky. V konstrukcích se objevují v podpůrných bodech paprsků, mohou vzniknout při nehodě a zlomit kost a jejich přítomnost je schopna změnit provoz strojního zařízení.

Díky tektonické činnosti působí ve velké míře na zemské kůře a způsobují zlomeniny hornin a geologické nehody. Proto jsou také zodpovědní za neustálé formování planety.

Reference

1. Beer, F. 2010. Mechanika materiálů. 5. Edice. McGraw Hill. 7 - 9.
2. Fitzgerald, 1996. Mechanika materiálů. Alpha Omega. 21-23.
3. Giancoli, D. 2006. Fyzika: Principy s aplikacemi. 6 ^{t th} Ed. Prentice Hall. 238-242.
4. Hibbeler, RC 2006. Mechanika materiálů. 6. Edice. Pearsonovo vzdělávání. 22 -25
5. Valera Negrete, J. 2005. Poznámky k obecné fyzice. UNAM. 87-98.
6. Wikipedia. Střihový stres. Obnoveno z: en.wikipedia.org.