COMPRESSION: KONSEPTO AT PORMULA, PAGKALKULA, HALIMBAWA, PAGSASANAY - PISIKAL - 2025

Ang compression o compressive stress ay ang puwersa sa bawat yunit ng lugar na nagreresulta sa pagtulak, pagpindot o pag-compress ng isang bagay, may posibilidad na paikliin ito . Matematika ito ay:

Dito nagsasaad ng E ang pagsisikap, F ang lakas ng puwersa at A ang lugar kung saan ito kumikilos, ang yunit sa SI International System na ang pagiging newton / m ² o pascal (Pa). Ang nakakapagod na stress ay isang normal na stress, dahil ang puwersa na gumagawa nito ay patayo sa lugar kung saan ito pinapagana.

Larawan 1. Ang mga haligi sa Acropolis ng Athens ay napapailalim sa compression. Pinagmulan: Pixabay.

Ang ganitong pagsisikap ay maaaring i-compress ang bagay o, sa kabaligtaran, pag-igting at iunat ito, tulad ng inilalapat. Sa kaso ng compressive stress, ang mga puwersa ay inilalapat sa kabaligtaran na direksyon upang maimpluwensyahan ang epekto ng pisilin at paikliin ang bagay.

Kapag tumigil ang mga puwersa, maraming mga materyales ang bumalik sa kanilang orihinal na sukat. Ang ari-arian na ito ay kilala sa pamamagitan ng pangalan ng pagkalastiko. Ngunit habang nangyari iyon, ang nababanat na yunit ng pagpapapangit na dinanas ng isang materyal na sumailalim sa isang stress ay:

Ang Strain ay maaaring maging linear, ibabaw, o volumetric, bagaman ang pilay ay walang sukat. Gayunpaman, ang impormasyong ibinibigay nito ay napakahalaga, dahil hindi pareho ang pagpapahiwatig ng isang 10 m mahabang bar sa pamamagitan ng 1 cm, upang mabalisa ang isa pang 1 m mahabang bar sa pamamagitan ng 1 cm.

Sa isang nababanat na materyal, ang pagpapapangit at pagkapagod ay proporsyonal, na tinutupad ang batas ni Hooke:

Larawan 2. Ang compressive stress ay bumababa sa haba ng bagay. Pinagmulan: Wikimedia Commons. Adre-es.

¿ Paano makalkula ang compression?

Ang compressive stress ay nagiging sanhi ng mga partikulo ng materyal na lumapit at mas malapit, binabawasan ang kanilang laki. Nakasalalay sa direksyon kung saan inilalapat ang pagsusumikap, magkakaroon ng pag-ikli o pagbawas sa ilan sa mga sukat nito.

Magsimula tayo sa pamamagitan ng pagpapalagay ng isang manipis na baras ng orihinal na haba ng L, kung saan inilalapat ang normal na stress ng magnitude E. Kung ang stress ay nakaka-compress, ang bar ay nakakaranas ng pagbawas sa haba nito, na tinukoy ng δ. Kung ito ay pag-igting, tatagal ang bar.

Naturally, ang materyal mula sa kung saan ang elemento ay ginawa ay tiyak sa kakayahan nitong mapaglabanan ang stress.

Ang mga nababanat na katangian ng materyal ay kasama sa nabanggit na pare-pareho ng proporsyonalidad. Ito ay tinatawag na modulus ng pagkalastiko o modulus ng Young at ipinapahiwatig bilang Y. Ang bawat materyal ay may isang modulus ng pagkalastiko, na natutukoy sa eksperimento sa pamamagitan ng mga pagsubok sa laboratoryo.

Sa isip nito, ang pagsisikap E ay ipinahayag sa anyo ng matematika tulad nito:

Sa wakas, upang maitaguyod ang kondisyong ito bilang isang equation, ang isang pare-pareho ng proporsyonalidad ay kinakailangan upang kapalit ang simbolo ng proporsyonal ∝ at palitan ito ng pagkakapantay-pantay, tulad nito:

Ang quotient (δ / L) ay ang pilay, na sinasabing ε at may δ = Pangwakas na haba - Paunang haba. Sa ganitong paraan, ang pagsisikap E ay bilang:

Dahil ang sukat ay walang sukat, ang mga yunit ng Y ay pareho sa mga E: N / m ² o Pa sa sistema ng SI, pounds / in ² o psi sa sistemang British, pati na rin ang iba pang mga kumbinasyon ng puwersa at lugar. , tulad ng kg / cm ² .

Modulus ng pagkalastiko ng iba't ibang mga materyales

Ang mga halaga ng Y ay natutukoy sa eksperimento sa laboratoryo, sa ilalim ng kinokontrol na mga kondisyon. Susunod, ang modulus ng pagkalastiko para sa mga materyales na malawakang ginagamit sa konstruksyon at pati na rin ng mga buto:

Talahanayan 1

Materyal	Modulus ng pagkalastiko Y (Pa) x 10 9
Bakal	200
Bakal	100
Tanso	100
Tanso	90
Aluminyo	70
Marmol	limampu
Granite	Apat. Lima
Mupit	dalawampu
Tuka	labinlimang
Pinewood	10

Mga halimbawa

Ang mga nakakainis na stress ay kumikilos sa iba't ibang mga istruktura; Nasasailalim sila sa pagkilos ng mga puwersa tulad ng bigat ng bawat isa sa mga elemento na bumubuo sa kanila, pati na rin ang mga puwersa mula sa mga panlabas na ahente: hangin, snow, iba pang mga istraktura at iba pa.

Karaniwan para sa karamihan ng mga istraktura na idinisenyo upang mapaglabanan ang stress ng lahat ng mga uri nang walang deforming. Samakatuwid, ang stress compression ay dapat isaalang-alang upang maiwasan ang bahagi o bagay na mawala sa hugis nito.

Gayundin ang mga buto ng balangkas ay mga istruktura na sumailalim sa iba't ibang mga stress. Bagaman ang mga buto ay lumalaban sa kanila, kapag sa pamamagitan ng aksidente ang sobrang nababanat na limitasyon ay lumampas, ang mga fissure at fracture ay nagmula.

Mga haligi at haligi

Ang mga haligi at haligi ng mga gusali ay dapat gawin upang labanan ang compression, kung hindi man ay may posibilidad na yumuko. Ito ay kilala bilang lateral bending o buckling.

Ang mga haligi (tingnan ang figure 1) ay mga elemento na ang haba ay mas malaki kumpara sa kanilang cross-sectional area.

Ang isang cylindrical element ay isang haligi kung ang haba nito ay katumbas o higit sa sampung beses ang diameter ng cross section. Ngunit kung ang seksyon ng cross ay hindi pare-pareho, ang mas maliit na diameter nito ay kukunin upang maiuri ang elemento bilang isang haligi.

Mga upuan at bangko

Kapag ang mga tao ay nakaupo sa mga kasangkapan sa bahay tulad ng mga upuan at bangko, o magdagdag ng mga bagay sa tuktok, pagkatapos ang mga binti ay sumailalim sa mga compressive stress na may posibilidad na bawasan ang kanilang taas.

Larawan 3. Kapag nakaupo, ang mga tao ay nagsisikap ng isang compressive na puwersa sa upuan, na may posibilidad na paikliin ang taas nito. Pinagmulan: Pixabay.

Ang muwebles ay karaniwang ginawa upang mapaglabanan ang timbang ng mabuti at bumalik sa natural na estado nito sa sandaling maalis ito. Ngunit kung ang mabibigat na timbang ay nakalagay sa marupok na mga upuan o bangko, ang mga binti ay nagbibigay daan sa compression at break.

Pagsasanay

- Ehersisyo 1

May isang baras na orihinal na sumusukat ng 12 m ang haba, kung saan ito ay sumailalim sa isang compression stress na ang pagpapapangit ng yunit nito ay -0.0004. Ano ang bagong haba ng baras?

Solusyon

Simula mula sa equation na ibinigay sa itaas:

ε = (δ / L) = - 0.0004

Kung ang L _f ay ang pangwakas na haba at L _o ang paunang haba, dahil δ = L _f - L _o mayroon tayo:

Samakatuwid: L _f - L _o = -0.0004 x 12 m = -0.0048 m. At sa wakas:

- Ehersisyo 2

Ang isang solidong bar na bakal, cylindrical sa hugis, ay 6 m ang haba at 8 cm ang lapad. Kung ang bar ay nai-compress sa pamamagitan ng isang pag-load ng 90,000 kg, hanapin:

a) Ang laki ng compressive stress sa megapascals (MPa)

b) Sa pamamagitan ng kung gaano kahaba ang haba ng bar?

Solusyon sa

Una ay matatagpuan namin ang lugar A ng cross section ng bar, na nakasalalay sa diameter D nito, na nagreresulta sa:

Susunod, ang lakas ay natagpuan, gamit ang F = mg = 90,000 kg x 9.8 m / s ² = 882,000 N.

Sa wakas ang average na pagsisikap ay kinakalkula tulad nito:

Solusyon b

Ngayon ang equation para sa stress ay ginagamit, alam na ang materyal ay may isang nababanat na tugon:

Ang modulus ng bakal ni Young ay matatagpuan sa Talahanayan 1:

Mga Sanggunian

1. Beer, F. 2010. Mekanismo ng mga materyales. Ika-5. Edisyon. McGraw Hill.
2. Giancoli, D. 2006. Pisika: Mga Prinsipyo na may Aplikasyon. 6 ^th Ed Prentice Hall.
3. Hibbeler, RC 2006. Mekanismo ng mga materyales. Ika-6. Edisyon. Edukasyon sa Pearson.
4. Tippens, P. 2011. Pisika: Konsepto at Aplikasyon. Ika-7 Edition. Burol ng Mcgraw
5. Wikipedia. Stress (Mekanika). Nabawi mula sa: wikipedia.org.