Das Scherkraft Es ist eine zusammengesetzte Kraft, die dadurch gekennzeichnet ist, dass sie parallel zu der Oberfläche ist, auf die sie ausgeübt wird, und dazu neigt, den Körper zu teilen, wodurch die aus dem Schnitt resultierenden Abschnitte verschoben werden..
Es ist schematisch in 1 dargestellt, in der eine Schnittkraft gezeigt ist, die auf zwei verschiedene Punkte eines Holzstifts ausgeübt wird. Die Scherkraft erfordert wiederum zwei parallele und entgegengesetzte Kräfte, die je nach Intensität den Bleistift verformen oder definitiv brechen können..
Selbst wenn wir über die Scherkraft im Singular sprechen, gelten sie in Wirklichkeit zwei Kräfte, da die Scherkraft a ist zusammengesetzte Kraft. Diese Kräfte bestehen aus zwei Kräften (oder in komplexen Fällen aus mehreren), die an verschiedenen Punkten auf ein Objekt ausgeübt werden.
Zwei Kräfte gleicher Größe und entgegengesetzter Richtung, jedoch mit parallelen Wirkungslinien, bilden a Drehmoment. Die Drehmomente liefern keine Übersetzung für die Objekte, da ihre Resultierende Null ist, aber sie liefern ein Nettodrehmoment.
Bei einem Paar werden Objekte wie das Lenkrad eines Fahrzeugs gedreht oder sie können deformiert und gebrochen werden, wie im Fall des in Abbildung 2 gezeigten Bleistifts und des Holzbretts.
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Zusammengesetzte Kräfte sind Teil der sogenannten Oberflächenkräfte, gerade weil sie auf die Oberfläche von Körpern aufgebracht werden und in keiner Weise mit ihrer Masse zusammenhängen. Um den Punkt zu verdeutlichen, vergleichen wir diese beiden Kräfte, die häufig auf Objekte wirken: Gewicht und Reibungskraft..
Die Größe des Gewichts beträgt P = mg und da es von der Masse des Körpers abhängt, handelt es sich nicht um eine Oberflächenkraft. Es ist ein Massenkraft, und Gewicht ist das charakteristischste Beispiel.
Die Reibung hängt jedoch von der Art der Kontaktflächen ab und nicht von der Masse des Körpers, auf den sie einwirkt. Daher ist sie ein gutes Beispiel für häufig auftretende Oberflächenkräfte..
Oberflächenkräfte können sein einfach oder Verbindung. Wir haben bereits ein Beispiel für eine zusammengesetzte Kraft in der Scherkraft gesehen, und Reibung wird ihrerseits als einfache Kraft dargestellt, da ein einzelner Pfeil ausreicht, um sie im isolierten Körperdiagramm des Objekts darzustellen..
Einfache Kräfte sind für das Drucken von Änderungen an der Bewegung eines Körpers verantwortlich. Beispielsweise wissen wir, dass die kinetische Reibungskraft zwischen einem sich bewegenden Objekt und der Oberfläche, auf der es sich bewegt, zu einer Verringerung der Geschwindigkeit führt.
Im Gegenteil, zusammengesetzte Kräfte neigen dazu, Körper zu verformen, und im Fall von Scheren oder Scheren kann das Endergebnis ein Schnitt sein. Andere Oberflächenkräfte wie Spannung oder Kompression verlängern oder komprimieren den Körper, auf den sie wirken.
Jedes Mal, wenn die Tomate zur Zubereitung der Sauce geschnitten wird oder eine Schere zum Schneiden eines Blattes Papier verwendet wird, gelten die beschriebenen Prinzipien. Schneidwerkzeuge haben normalerweise zwei scharfe Metallklingen, um die Scherkraft auf den Querschnitt des zu schneidenden Objekts aufzubringen..
Die Auswirkungen der Scherkraft hängen von der Größe der Kraft und der Fläche ab, auf die sie einwirkt Scherbeanspruchung, das berücksichtigt sowohl Kraft als auch Fläche.
Diese Anstrengung hat andere Bedeutungen wie Schiere Stärke oder Scherbeanspruchung und in zivilen Konstruktionen ist es äußerst wichtig, dies zu berücksichtigen, da viele Fehler in Strukturen durch die Einwirkung von Scherkräften verursacht werden.
Seine Nützlichkeit wird sofort verstanden, wenn man die folgende Situation betrachtet: Angenommen, Sie haben zwei Stangen aus demselben Material, aber unterschiedlicher Dicke, die zunehmenden Kräften ausgesetzt sind, bis sie brechen..
Es ist offensichtlich, dass zum Brechen der dickeren Stange eine größere Kraft ausgeübt werden muss, jedoch ist der Aufwand für jede Stange mit derselben Zusammensetzung gleich. Tests wie diese sind in der Technik häufig, da es wichtig ist, das richtige Material für die projizierte Struktur auszuwählen, um optimal zu funktionieren..
Mathematisch, wenn die Scherspannung als bezeichnet wird τ, Für die Größe der ausgeübten Kraft als F und für den Bereich, über den sie als A wirkt, haben wir die durchschnittliche Scherspannung:
τdurchschnittlich= F / A.
Als Verhältnis zwischen Kraft und Fläche ist die Einheit der Anstrengung im internationalen System der Newton / mzwei, genannt Pascal und abgekürzt als Pa. Im englischen System wird die Pfundkraft / Fuß verwendet zwei und die Pfundkraft / Zollzwei.
In vielen Fällen wird das der Scherbeanspruchung unterworfene Objekt jedoch verformt und nimmt dann seine ursprüngliche Form wieder an, ohne tatsächlich zu brechen, sobald die Beanspruchung aufgehört hat zu wirken. Angenommen, die Verformung besteht aus einer Längenänderung.
In diesem Fall sind Spannung und Verformung proportional, daher kann Folgendes berücksichtigt werden:
Schiere Stärke ∝ Verformung der Einheit
Das Symbol ∝ bedeutet "proportional zu" und die Einheitsverformung ist definiert als der Quotient zwischen der Längenänderung, die als ΔL bezeichnet wird, und der ursprünglichen Länge, die als L bezeichnet wirdoder. Auf diese Weise:
τ ∝ (ΔL / L.oder)
Als Quotient zwischen zwei Längen hat die Dehnung keine Einheiten, aber wenn das Gleichheitssymbol platziert wird, muss die Proportionalitätskonstante diese liefern. Aufruf von G an die Konstante:
τ = G (ΔL / L.oder)
G heißt Schubmodul oder Schneidemodul. Es hat Pascal-Einheiten im internationalen System und sein Wert hängt von der Art des Materials ab. Solche Werte können im Labor bestimmt werden, indem die Wirkung verschiedener Kräfte auf Proben unterschiedlicher Zusammensetzung getestet wird..
Wenn es erforderlich ist, die Größe der Scherkraft aus der vorherigen Gleichung zu bestimmen, reicht es aus, die Definition der Spannung zu ersetzen:
τ = F / A = G (ΔL / L.oder)
Und klar:
F = A × G (ΔL / L.oder)
Scherkräfte sind sehr häufig und ihre Auswirkungen müssen in vielen Aspekten von Wissenschaft und Technologie berücksichtigt werden. Bei Konstruktionen treten sie an den Stützpunkten der Träger auf, können bei einem Unfall entstehen und einen Knochen brechen, und ihre Anwesenheit kann den Betrieb von Maschinen verändern..
Sie wirken in großem Umfang auf die Erdkruste und verursachen dank tektonischer Aktivität Felsbrüche und geologische Unfälle. Daher sind sie auch für die kontinuierliche Gestaltung des Planeten verantwortlich.
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