MGA NORMAL NA PAGSISIKAP: KUNG ANO ITO, KUNG PAANO ITO KINAKALKULA, MGA HALIMBAWA - PISIKAL - 2024

Ang normal na stress na inilalapat sa isang tiyak na materyal, na tinatawag ding uniaxial stress, ay ang ugnayan na umiiral sa pagitan ng puwersa na inilapat nang patayo sa isang tiyak na ibabaw at sa cross-sectional area kung saan ito kumikilos, o ang pag-load sa bawat unit area. Matematika, kung ang P ay ang kadakilaan ng puwersa at ang A ay ang lugar kung saan inilalapat, ang stress σ ay ang quotient: σ = P / A

Ang mga yunit ng normal na stress sa International System ay newton / meter ² , na kilala bilang Pascals at pinaikling Pa.Ito ay ang parehong mga yunit ng presyon. Ang iba pang mga yunit na madalas na lumilitaw sa panitikan ay pounds / inch ² o psi.

Larawan 1. Ang mga rocks ay patuloy na nabibigyang diin dahil sa aktibidad ng tektonik, na nagdudulot ng mga pagpapapangit sa crust ng lupa. Pinagmulan: Pixabay.

Sa Figure 2 ang dalawang puwersa ng pantay na kadahilanan ay inilapat patayo sa cross-sectional area, na nagpapahiwatig ng isang napaka magaan na traksyon sa bar na may posibilidad na mapawi ito.

Ang mga puwersang ito ay gumagawa ng isang normal na stress na tinatawag ding nakasentro sa pag-load ng ehe, dahil ang linya ng pagkilos na ito ay magkakasabay sa axial axis, kung saan matatagpuan ang sentidro.

Larawan 2. Ang bar na ipinakita ay napapailalim sa mga puwersang makunat. Pinagmulan: ginawa ng sarili.

Ang mga pagsisikap, normal man o kung hindi man, ay patuloy na lumilitaw sa kalikasan. Sa lithosphere, ang mga bato ay napapailalim sa aktibidad ng gravity at tectonic, na sumasailalim sa mga deformations.

Sa ganitong paraan, nagmula ang mga istruktura tulad ng mga tiklop at pagkakamali, ang pag-aaral na kung saan ay mahalaga sa pagsasamantala ng mga mineral at sa civil engineering, para sa pagtatayo ng mga gusali at kalsada, upang pangalanan ang ilang mga halimbawa.

Paano ito kinakalkula?

Ang equation na ibinigay sa simula σ = P / A ay nagbibigay-daan upang makalkula ang average na normal na stress sa lugar na pinag-uusapan. Ang halaga ng P ay ang magnitude ng nagreresultang puwersa sa lugar na inilalapat sa centroid at sapat na para sa maraming mga simpleng sitwasyon.

Sa kasong ito, ang pamamahagi ng mga puwersa ay pantay, lalo na sa mga puntong malayo sa kung saan ang bar ay napapailalim sa pag-igting o compression. Ngunit kung kailangan mong kalkulahin ang stress sa isang tukoy na punto o ang mga puwersa ay hindi pantay na ipinamamahagi, dapat mong gamitin ang sumusunod na kahulugan:

Kaya sa pangkalahatan, ang halaga ng stress sa isang partikular na punto ay maaaring naiiba sa average na halaga. Sa katunayan ang pagsisikap ay maaaring mag-iba depende sa seksyon na dapat isaalang-alang.

Ito ay inilalarawan sa mga sumusunod na pigura, kung saan sinusubukan ng makunat na pwersa F na paghiwalayin ang balanse bar bar sa mga seksyon mm at nn.

Larawan 3. Pamamahagi ng mga normal na puwersa sa iba't ibang mga seksyon ng isang bar. Pinagmulan: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Normal_stress.svg#/media/File:Normal_stress.svg

Dahil ang seksyon nn ay napakalapit sa kung saan inilalapat ang pababang puwersa F, ang pamamahagi ng mga puwersa sa ibabaw ay hindi ganap na homogenous, mas mababa ang puwersa na malayo sa puntong iyon. Ang pamamahagi ay isang maliit na mas homogenous sa seksyon ng mm.

Sa anumang kaso, ang karaniwang pagsisikap ay laging may kaugaliang i-kahabaan o i-compress ang dalawang bahagi ng katawan na nasa magkabilang panig ng eroplano kung saan sila kumikilos. Sa kabilang banda, ang iba pang magkakaibang puwersa, tulad ng paggugupit, ay may posibilidad na mawala at paghiwalayin ang mga bahaging ito.

Batas ni Hooke at normal na stress

Ang batas ng Hooke ay nagsasaad na sa loob ng nababanat na mga limitasyon, ang normal na stress ay direktang proporsyonal sa pagpapapangit na naranasan ng bar o bagay. Sa kasong iyon:

Ang patuloy na proporsyonalidad bilang modulus ng Young (Y):

σ = Y. ε

Sa ε = ΔL / L, kung saan ang ΔL ay ang pagkakaiba sa pagitan ng panghuling at paunang haba, na kung saan ay si L.

Ang modulus o modulus ng pagkalastiko ng kabataan ay isang katangian ng materyal, na ang mga sukat ay kapareho ng mga pagkapagod, dahil ang yunit ng galay ay walang sukat.

Kahalagahan ng stress sa lakas ng mga materyales at geology

Ang pagtukoy kung gaano kalakas ang mga materyales sa stress ay napakahalaga. Para sa mga istruktura na ginamit sa pagtatayo ng mga gusali, pati na rin sa disenyo ng mga bahagi para sa iba't ibang mga aparato, dapat itong matiyak na ang mga napiling materyales ay sapat na matutupad ang kanilang pag-andar.

Para sa kadahilanang ito, ang mga materyales ay lubos na nasuri sa mga laboratoryo sa pamamagitan ng mga pagsubok na naglalayong malaman kung gaano karaming puwersa ang maaari nilang pigilan bago maputol at masira, sa gayon nawawala ang kanilang mga pag-andar. Batay dito, ang pagpapasya ay ginawa kung angkop ba o hindi sila angkop sa paggawa ng isang tiyak na bahagi o bahagi ng isang aparato.

Ang unang siyentipiko na sistematikong pag-aralan ang lakas ng mga materyales ay pinaniniwalaang si Leonardo Da Vinci. Nag-iwan siya ng katibayan ng mga pagsubok kung saan tinukoy niya ang paglaban ng mga wire sa pamamagitan ng mga nakabitin na bato ng iba't ibang mga timbang.

Sa mga pagsisikap, kapwa ang laki ng puwersa pati na rin ang mga sukat ng istraktura at sa kung anong paraan ito inilalapat ay mahalaga, upang maitaguyod ang mga limitasyon sa loob kung saan ang materyal ay may nababanat na pag-uugali; iyon ay, bumalik ito sa kanyang orihinal na form kapag ang pagsusumikap ay tumigil.

Sa mga resulta ng mga pagsubok na ito, ang mga curves ng stress-strain ay ginawa para sa iba't ibang uri ng mga materyales, tulad ng bakal, kongkreto, aluminyo at marami pa.

Mga halimbawa

Sa mga sumusunod na halimbawa ay ipinapalagay na ang mga puwersa ay pantay na ipinamamahagi, at na ang materyal ay homogenous at isotropic. Nangangahulugan ito na ang kanilang mga katangian ay pareho sa alinmang direksyon. Samakatuwid may bisa na mag-apply ng equation σ = P / A upang mahanap ang mga puwersa.

-Ehersisyo 1

Sa figure 3, kilala na ang average na normal na stress na kumikilos sa seksyon AB ay may magnitude 48 kPa. Hanapin: a) Ang laki ng puwersa F na kumikilos sa CB, b) Ang pagsisikap sa seksyon BC.

Larawan 4. Mga normal na stress sa istraktura ng halimbawa 1..

Solusyon

Dahil ang istraktura ay nasa static na balanse, ayon sa pangalawang batas ni Newton:

PF = 0

Ang normal na stress sa seksyon AB ay may kalakhan:

σ _AB = P / A _AB

Mula sa kung saan P = σ _AB . Isang _AB = 48000 Pa. (40 x 10 ^-2 m) ² = 7680 N

Samakatuwid F = 7680 N

Ang normal na stress sa seksyon BC ay ang quotient sa pagitan ng magnitude ng F at ang cross-sectional area ng panig na iyon:

σ _BC = F / A _BC = 7680 N / (30 x 10 ^-2 m) ² = 85.3 kPa.

-Exercise 2

Ang isang wire na 150 m ang haba at 2.5 mm ang lapad ay nakaunat ng lakas na 500 N. Hanapin:

a) Ang pahaba na stress σ.

b) Ang pagpapapangit ng yunit, alam na ang pangwakas na haba ay 150.125 m.

c) Ang modulus ng pagkalastiko Y ng wire na ito.

Solusyon

a) σ = F / A = F / π.r ²

Ang radius ng wire ay kalahati ng diameter:

r = 1.25 mm = 1.25 x 10 ^-3 m.

Ang cross-sectional area ay π.r ² , kaya't ang stress ay:

σ = F / π.r ² = 500 / (π. (1.25 x 10 ^-3 ) ² Pa = 101859.2 Pa

b) ε = Δ L / L = (Pangwakas na haba - Paunang paunang halaga) / Paunang haba

Kaya:

ε = (150.125 - 150) / 150 = 0.125 / 150 = 0.000833

c) Ang modulus ng Young ng kawad ay nalutas na alam ang mga halaga ng ε at σ na dati nang kinakalkula:

Y = σ / ε = 101859.2 Pa / 0.000833 = 1.22 x 10 ⁸ Pa = 122 MPa.

Mga Sanggunian

1. Beer, F. 2010. Mekanismo ng mga materyales. Ika-5. Edisyon. McGraw Hill. 7 - 9.
2. Giancoli, D. 2006. Pisika: Mga Prinsipyo na may Aplikasyon. 6 ^{t ika} Ed. Prentice Hall. 238-242.
3. Hibbeler, RC 2006. Mekanismo ng mga materyales. Ika-6. Edisyon. Edukasyon sa Pearson. 22 -25
4. Valera Negrete, J. 2005. Mga tala sa Pangkalahatang pisika. UNAM. 87-98.
5. Wikipedia. Stress (Mekanika). Nabawi mula sa: wikipedia.org.