SUSPAUDIMAS: KONCEPCIJA IR FORMULĖS, SKAIČIAVIMAS, PAVYZDŽIAI, PRATIMAI - FIZINIS - 2025

Suspaudimo arba gniuždymui yra ploto vienetui atstojamąją jėgą į stūmimas, spaudžiant arba suspaudžiant objektą, linkę sutrumpinti jį . Matematiškai tai yra:

Čia E žymi pastangas, F - jėgos dydį, o A - plotą, kuriame ji veikia, SI tarptautinės sistemos vienetas yra niutonas / m ² arba pascal (Pa). Suspaudimo įtempis yra normalus įtempis, nes jį sukurianti jėga yra statmena sričiai, ant kurios jis veikia.

1 pav. Stulpeliai Atėnų akropolyje yra suspaudžiami. Šaltinis: „Pixabay“.

Tokios pastangos gali suspausti daiktą arba, atvirkščiai, jį įtempti ir ištempti, kaip pritaikyta. Esant suspaudimo įtempiui, jėgos nukreipiamos priešinga kryptimi, kad būtų galima suspausti ir sutrumpinti daiktą.

Kai jėgos nustoja galioti, daugelis medžiagų grįžta į pradinius matmenis. Ši savybė yra žinoma elastingumo pavadinimu. Nors tai atsitiks, medžiagos, kuriai veikiama apkrova, elastinė vieneto deformacija yra:

Deformacija gali būti tiesinė, paviršinė arba tūrinė, nors deformacija yra be vienetų. Tačiau jos pateikiama informacija yra labai svarbi, nes ne tas pats, kas deformuotų 10 m ilgio strypą 1 cm, o kitą 1 m ilgio juostą deformuotų 1 cm.

Elastingoje medžiagoje deformacija ir įtempis yra proporcingos, įgyvendinant Huko dėsnį:

2 pav. Suspaudimo įtempis sumažina objekto ilgį. Šaltinis: „Wikimedia Commons“. Adresai.

¿ Kaip apskaičiuoti suspaudimą?

Dėl gniuždymo įtampa medžiagos dalelės priartėja ir artėja, sumažėja jų dydis. Atsižvelgiant į tai, kuria linkme dedama pastanga, kai kurie jo matmenys sutrumpės arba sumažės.

Pradėkime nuo darant prielaidą, kad plonas originalaus ilgio L strypas, kuriam taikomas normalus E įtempis, yra. Jei įtempis yra suspaudžiamasis, juostos ilgis sumažėja, žymimas δ. Jei tai įtampa, juosta pailgės.

Natūralu, kad medžiaga, iš kurios pagamintas elementas, turi lemiamą įtaką jo atsparumui.

Šios elastinės medžiagos savybės yra įtrauktos į aukščiau minėtą proporcingumo konstantą. Jis vadinamas elastingumo moduliu arba Youngo moduliu ir yra žymimas kaip Y. Kiekviena medžiaga turi tamprumo modulį, kuris eksperimentiškai nustatomas laboratoriniais tyrimais.

Atsižvelgiant į tai, pastangos E išreiškiamos matematiškai:

Galiausiai, norint nustatyti šią sąlygą kaip lygtį, reikia proporcingumo konstantos, kuri pakeistų proporcingumo simbolį ∝ ir jį pakeistų lygybe:

Dalinis koeficientas (δ / L) yra deformacija, žymima kaip ε ir δ = Galutinis ilgis - Pradinis ilgis. Tokiu būdu pastangos E yra tokios:

Kadangi deformacija yra be matmenų, Y vienetai yra tokie patys kaip E: N / m ² arba Pa SI sistemoje, svarai / į ² arba psi Britanijos sistemoje, taip pat kiti jėgos ir ploto deriniai. , pvz., kg / cm ² .

Įvairių medžiagų elastingumo moduliai

Y vertės nustatomos eksperimento būdu laboratorijoje, kontroliuojamomis sąlygomis. Kitas, medžiagų, plačiai naudojamų statyboje, ir kaulų, tamprumo modulis:

1 lentelė

Medžiaga	Tamprumo modulis Y (Pa) x 10 9
Plienas	200
Geležies	100
Žalvaris	100
Bronza	90
Aliuminis	70
Marmuras	penkiasdešimt
Granitas	Keturi penki
Betonas	dvidešimt
Kaulai	penkiolika
Pušis	10

Pavyzdžiai

Suspaudimo įtempiai veikia įvairias struktūras; Jie veikiami jėgų, tokių kaip kiekvieno juos sudarančio elemento svoris, taip pat išorinių veiksnių jėgos: vėjo, sniego, kitų konstrukcijų ir dar daugiau.

Įprasta, kad dauguma konstrukcijų yra atsparios bet kokiam stresui, nedeformuodamos. Todėl reikia atsižvelgti į suspaudimo įtempį, kad dalis ar daiktas neprarastų savo formos.

Taip pat skeleto kaulai yra struktūros, veikiamos įvairių įtempių. Nors kaulai jiems atsparūs, atsitiktinai peržengus elastinę ribą, atsiranda įtrūkimai ir lūžiai.

Kolonos ir kolonos

Pastatų kolonos ir kolonos turi būti pagamintos taip, kad būtų atsparios suspaudimui, kitaip jie linkę nusilenkti. Tai vadinama šoniniu lenkimu ar lenkimu.

Kolonos (žr. 1 pav.) Yra elementai, kurių ilgis yra žymiai didesnis, palyginti su jų skerspjūvio plotu.

Cilindrinis elementas yra stulpelis, kai jo ilgis yra lygus arba didesnis nei dešimt kartų nuo skerspjūvio skersmens. Bet jei skerspjūvis nėra pastovus, elementas klasifikuojamas kaip stulpelis.

Kėdės ir suolai

Kai žmonės sėdi ant baldų, tokių kaip kėdės ir suolai, arba prideda prie jų daiktus, kojos patiria gniuždomąjį įtempį, kuris linkęs mažinti jų aukštį.

3 pav. Sėdėdami žmonės ant kėdės veikia gniuždomąją jėgą, kuri linkusi sutrumpinti kėdės aukštį. Šaltinis: „Pixabay“.

Baldai paprastai gaminami taip, kad atlaikytų svorį ir, nuėmus juos, grįžtų į savo natūralią būseną. Bet jei ant trapių kėdžių ar suoliukų uždedamas didelis svoris, kojos atsiduria suspaudimo ir lūžimo vietose.

Pratimai

- 1 pratimas

Yra strypas, kurio ilgis iš pradžių yra 12 m, ir jis yra veikiamas gniuždymo įtempio, kad jo vieneto deformacija būtų –0.0004. Koks yra naujas strypo ilgis?

Sprendimas

Pradedant nuo aukščiau pateiktos lygties:

ε = (δ / L) = - 0,0004

Jei L _f yra galutinis ilgis ir L _arba pradinis ilgis, nes δ = L _f - L _o, mes turime:

Todėl: L _f - L _o = -0 0004 x 12 m = -0,0048 m. Ir, galiausiai:

- 2 pratimas

Tvirto plieno strypas, cilindro formos, yra 6 m ilgio ir 8 cm skersmens. Jei strypas suspaustas 90 000 kg apkrovos, raskite:

a) gniuždomojo įtempio dydis megapaskaliais (MPa)

b) Kiek sumažėjo juostos ilgis?

Sprendimas

Pirmiausia randame strypo skerspjūvio plotą A, kuris priklauso nuo jo skersmens D, ir gauname:

Toliau randama jėga, naudojant F = mg = 90 000 kg x 9,8 m / s ² = 882 000 N.

Galiausiai vidutinės pastangos apskaičiuojamos taip:

B sprendimas

Dabar naudojama įtempių lygtis, žinant, kad medžiaga turi tamprųjį atsaką:

Youngo plieno modulis pateiktas 1 lentelėje:

Nuorodos

1. Alus, F. 2010. Medžiagų mechanika. 5-asis. Leidimas. McGraw Hill.
2. Giancoli, D. 2006. Fizika: principai su taikymu. 6 ^-oji Prentice salė.
3. Hibbeler, RC 2006. Medžiagų mechanika. 6-asis. Leidimas. „Pearson Education“.
4. Tippens, P. 2011. Fizika: sąvokos ir programos. 7-asis leidimas. Mcgraw kalva
5. Vikipedija. Stresas (mechanika). Atkurta iš: wikipedia.org.