Tensiune (mecanică)

Tensiunea este forța pe unitatea de suprafață a unui corp care tinde să determine schimbarea formei acestuia.

Tensiunea este o măsură a forțelor interne dintr-un corp între particulele sale. Aceste forțe interne sunt o reacție la forțele externe aplicate asupra corpului care îl determină să se separe, să se comprime sau să alunece. Forțele externe sunt fie forțe de suprafață, fie forțe ale corpului. Tensiunea este forța medie pe unitatea de suprafață pe care o particulă a unui corp o exercită asupra unei particule adiacente, de-a lungul unei suprafețe imaginare care le separă.

Formula pentru tensiunea normală uniaxială este:

σ = F A {\displaystyle {\sigma }={\frac {F}{A}}}} {\displaystyle {\sigma }={\frac {F}{A}}}

unde σ este tensiunea, F este forța și A este suprafața.

În unități SI, forța se măsoară în newtoni, iar suprafața în metri pătrați. Aceasta înseamnă că tensiunea este exprimată în newtoni pe metru pătrat sau N/m2. Cu toate acestea, tensiunea are propria unitate SI, numită pascal. 1 pascal (simbol Pa) este egal cu 1 N/m2. În unitățile imperiale, tensiunea se măsoară în livre-forță pe inch pătrat, care este adesea prescurtat în "psi". Dimensiunea tensiunii este aceeași cu cea a presiunii.

În mecanica continuumului, corpul deformabil încărcat se comportă ca un continuum. Astfel, aceste forțe interne sunt distribuite în mod continuu în volumul corpului material. (Aceasta înseamnă că distribuția tensiunilor în corp este exprimată ca o funcție continuă pe bucăți în spațiu și timp). Forțele determină deformarea formei corpului. Deformarea poate duce la o modificare permanentă a formei sau la o cedare structurală dacă materialul nu este suficient de rezistent.

Unele modele ale mecanicii continuității tratează forța ca pe ceva care se poate schimba. Alte modele analizează deformarea materiei și a corpurilor solide, deoarece caracteristicile materiei și ale solidelor sunt tridimensionale. Fiecare abordare poate da rezultate diferite. Modelele clasice ale mecanicii continuului presupun o forță medie și nu includ în mod corespunzător "factorii geometrici". (Geometria corpului poate fi importantă pentru modul în care se repartizează tensiunea și cum se acumulează energia în timpul aplicării forței externe).

Figura 1.1 Tensiunea într-un corp material deformabil încărcat, presupus ca un continuum.Zoom
Figura 1.1 Tensiunea într-un corp material deformabil încărcat, presupus ca un continuum.

Figura 1.2 Tensiunea axială într-o bară prismatică încărcată axial.Zoom
Figura 1.2 Tensiunea axială într-o bară prismatică încărcată axial.

Zoom

Figura 1.3 Tensiunea normală într-o bară prismatică (element drept cu secțiune transversală uniformă). Distribuția tensiunii sau a forței în secțiunea transversală a barei nu este neapărat uniformă. Cu toate acestea, o tensiune normală medie σ a v g {\displaystyle \sigma _{\mathrm {avg} }\,\! }{\displaystyle \sigma _{\mathrm {avg} }\,\!} poate fi utilizată.

Zoom

Figura 1.4 Tensiunea de forfecare într-o bară prismatică. Distribuția tensiunii sau a forței în secțiunea transversală a barei nu este neapărat uniformă. Cu toate acestea, o tensiune de forfecare medie τ a v g {\displaystyle \tau _{\mathrm {avg} }\,\! }{\displaystyle \tau _{\mathrm {avg} }\,\!} este o aproximare rezonabilă.

Tensiune de forfecare

Informații suplimentare: Tensiune de forfecare

Tensiuni simple

În unele situații, tensiunea dintr-un obiect poate fi descrisă printr-un singur număr sau printr-un singur vector (un număr și o direcție). Trei astfel de situații de tensiune simplă sunt tensiunea normală uniaxială, tensiunea de forfecare simplă și tensiunea normală izotropă.

Tensiune normală uniaxială

Tensiunea de tracțiune (sau tensiunea) este starea de tensiune care conduce la expansiune; adică lungimea unui material tinde să crească în direcția de tracțiune. Volumul materialului rămâne constant. Atunci când asupra unui corp se aplică forțe egale și opuse, atunci tensiunea datorată acestei forțe se numește tensiune de tracțiune.

Prin urmare, într-un material uniaxial, lungimea crește în direcția tensiunii de tracțiune, iar celelalte două direcții vor scădea în dimensiune. În modul uniaxial de tensiune, tensiunea de tracțiune este indusă de forțele de tracțiune. Tensiunea de tracțiune este opusă tensiunii de compresiune.

Elementele structurale aflate în tensiune directă sunt frânghiile, ancorele și cuiele, bolțurile etc. Grinzile supuse la momente de încovoiere pot include eforturi de tracțiune, precum și eforturi de compresiune și/sau eforturi de forfecare.

Tensiunea de tracțiune poate fi crescută până la atingerea rezistenței la tracțiune, adică starea limită de tensiune.

Tensiuni în corpuri unidimensionale

Toate obiectele reale ocupă un spațiu tridimensional. Cu toate acestea, dacă două dimensiuni sunt foarte mari sau foarte mici în comparație cu celelalte, obiectul poate fi modelat ca fiind unidimensional. Acest lucru simplifică modelarea matematică a obiectului. Printre obiectele unidimensionale se numără o bucată de sârmă încărcată la capete și privită din lateral și o foaie de metal încărcată pe față și privită de aproape și prin secțiunea transversală.

Pagini conexe

Întrebări și răspunsuri

Î: Ce este stresul?


R: Stresul este forța pe unitatea de suprafață asupra unui corp care tinde să îl determine să își schimbe forma. Este o măsură a forțelor interne dintr-un corp între particulele sale și reprezintă forța medie pe unitatea de suprafață pe care o particulă a unui corp o exercită asupra unei particule adiacente de-a lungul unei suprafețe imaginare care le separă.

Î: Cum influențează forțele externe stresul?


R: Forțele externe sunt fie forțe de suprafață, fie forțe ale corpului și provoacă deformarea formei corpului, ceea ce poate duce la schimbarea permanentă a formei sau la cedarea structurală dacă materialul nu este suficient de rezistent.

Î: Care este formula pentru tensiunea normală uniaxială?


R: Formula pentru tensiunea normală uniaxială este σ = F/A, unde σ este tensiunea, F este forța și A este suprafața. În unitățile SI, forța se măsoară în newtoni și suprafața în metri pătrați, ceea ce înseamnă că tensiunea ar fi newtoni pe metru pătrat (N/m2). Cu toate acestea, există o unitate SI proprie pentru tensiune, numită pascal (Pa), care este egală cu 1 N/m2. În unități imperiale, aceasta ar fi măsurată în lire-forță pe inch pătrat (psi).

Î: Ce presupune mecanica continuității în ceea ce privește forța?


R: Modelele clasice ale mecanicii continuității presupun o forță medie și nu includ în mod corespunzător factorii geometrici - ceea ce înseamnă că nu iau în considerare modul în care geometria afectează modul în care se acumulează energia în timpul aplicării forței externe.

Î: Cum pot diferite modele să dea rezultate diferite atunci când se analizează deformarea materiei și a corpurilor solide?


R: Diferitele modele analizează diferit deformarea materiei și a corpurilor solide, deoarece caracteristicile materiei și ale solidelor sunt tridimensionale - astfel încât fiecare abordare ia în considerare aspecte diferite care pot conduce la rezultate diferite.

Î: Cum tratează mecanica continuității corpurile deformabile încărcate?


R: Mecanica continuă tratează corpurile deformabile încărcate ca pe niște continuități - ceea ce înseamnă că forțele interne sunt distribuite în mod continuu în volumul corpului material, în loc să fie concentrate în anumite puncte, ca în cazul modelelor clasice.

AlegsaOnline.com - 2020 / 2023 - License CC3