Force de cisaillement des forces de surface et de masse

La Entendre la force C'est une force composée qui se caractérise par le parallèle à la surface qui est exercée et a tendance à diviser le corps, se déplaçant les uns avec les autres les sections qui résultent de la coupe.

Schématiquement il est représenté dans la figure 1, qui montre une force de cisaillement appliquée sur deux points différents d'un crayon en bois. La force de cisaillement nécessite à son tour deux forces parallèles et opposées qui, selon leur intensité, sont capables de déformer le crayon ou de la fracturer définitivement.

Figure 1. La force de cisaillement appliquée avec les mains provoque la ventilation du crayon. Source: Pixabay.

Donc, même si vous parlez de la Force entendus singuliers, ils s'appliquent en fait deux forces, puisque la force de cisaillement est un force composée. Ces forces se composent de deux forces (ou plus, dans des cas complexes) appliqués à différents points d'un objet.

Deux forces de la même ampleur et de la même direction opposée, mais avec des lignes d'action parallèles, constituent un paire de forces. Les paires ne fournissent pas de traduction aux objets, car leur résultat est vide, mais ils fournissent un couple net.

Avec une paire, des objets tels que le volant d'un véhicule sont tournés, ou ils peuvent se déformer et se casser, comme dans le cas du crayon et de la table en bois illustrée à la figure 2.

Figure 2. La force de cisaillement divise une barre en bois en deux sections. Notez que les forces sont tangentielles à la section transversale du Madero. Source: F. Zapata.

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Forces de surface et forces de masse

Les forces composées font partie des appels forces de surface, Précisément parce qu'ils s'appliquent à la surface des corps et ne sont en aucun cas liés à leur masse. Pour clarifier le point, comparons ces deux forces qui agissent fréquemment sur les objets: poids et force de friction.

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L'ampleur du poids est p = mg et comme elle dépend du corps du corps, ce n'est pas une force de surface. C'est un Force de masse, Et le poids est l'exemple le plus caractéristique.

Cependant, la friction dépend de la nature des surfaces de contact et non de la masse du corps sur laquelle il agit, c'est donc un bon exemple des forces superficielles de l'apparence fréquente.

Forces simples et forces composites

Les forces superficielles peuvent être simple soit composés. Nous avons déjà vu un exemple de force composé dans la force de cisaille.

Les forces simples sont responsables de l'impression des modifications du mouvement d'un corps, par exemple, nous savons que la force de frottement cinétique entre un objet en mouvement et la surface sur laquelle il se déplace, entraîne une réduction de la vitesse.

Au contraire, les forces composites ont tendance à déformer les corps et dans le cas de cisaillement ou de cisaillement, le résultat final peut être une coupe. Autres forces de surface telles que la tension ou la compression, allonger ou comprimer le corps sur lequel ils agissent.

Chaque fois que la tomate est coupée pour préparer la sauce ou un ciseaux à la section une feuille de papier est utilisée, les principes décrits sont appliqués. Les outils de coupe ont généralement deux feuilles de métal pointues pour appliquer la force de cisaillement sur la section transversale de l'objet pour hacher.

Peut vous servir: quel est le moment magnétique? figure 3. La force de cisaillement en action: l'une des forces est appliquée par la feuille de couteau, l'autre est la normale exercée par la table de hachage. Source: Photo de nourriture créée par KateMangostar - Freepik.est

Entendre le stress

Les effets de la force de cisaillement dépendent de l'ampleur de la force et de la zone sur laquelle il agit, donc en ingénierie le concept de Entendre le stress, qui prend en compte à la fois la force et la zone.

Cet effort a d'autres significations telles que résistance au cisaillement o Couper l'effort et dans les constructions civiles, il est extrêmement important.

Son utilité est immédiatement comprise lorsque l'on considère la situation suivante: Supposons qu'il y ait deux barres du même matériau mais une épaisseur différente qui sont soumises à des forces croissantes jusqu'à ce qu'ils les brisent.

Il est évident que pour briser la barre la plus épaisse, vous devez appliquer une plus grande force, mais l'effort est le même pour n'importe quelle barre qui a la même composition. Des essais comme celui-ci sont fréquents en ingénierie, étant donné l'importance de la sélection du matériau approprié pour que la structure projetée fonctionne de manière optimale.

Effort et déformation

Mathématiquement, si vous désignez l'effort de cisaillement comme τ, À l'ampleur de la force appliquée comme F et la zone sur laquelle elle agit comme un, vous avez l'effort de cisaillement moyen:

τ_moyenne= F / a

Étant le quotient entre la force et la zone, l'unité d'effort dans le système international est le Newton / M², appelé Pascal et abrégé en PA. Dans le système anglais, la frontière / pied est utilisée ² Et la fourrure / pouce².

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Cependant, dans de nombreux cas, l'objet sous l'effort de cisaillement se déforme puis récupère sa forme d'origine sans se casser, une fois que l'effort a cessé d'agir. Supposons que la déformation se compose d'un changement de longueur.

Dans ce cas, l'effort et la déformation sont proportionnels, donc les éléments suivants peuvent être soulevés:

Résistance au cisaillement ∝ Déformation unitaire

Le symbole ∝ Il signifie "proportionnel à" et en ce qui concerne la déformation unitaire, il est défini comme le rapport entre le changement de longueur, qui sera appelé Δl et la longueur d'origine, appelée L_soit. De cette manière:

τ ∝ (ΔLl_soit)

Le module de cisaillement

Étant un rapport entre deux longueurs, la déformation unitaire n'a pas d'unités, mais lors de la place du symbole égal, la constante de proportionnalité doit leur fournir. Appeler G à cette constante:

τ = G (ΔLl_soit)

G est appelé Entendre le module o module de coupe. Il a des unités de passion dans le système international et sa valeur dépend de la nature du matériel. Il est possible de déterminer ces valeurs en laboratoire, en répétant l'action de différentes forces sur des échantillons de composition variés.

Lorsqu'il est nécessaire de déterminer l'ampleur de la force de cisaillement de l'équation précédente, il suffit de remplacer la définition de l'effort:

τ = F / a = g (δLl_soit)

Et clair:

F = a × g (δLl_soit)

Les forces de coupe sont très fréquentes et leurs effets doivent être pris en compte dans de nombreux aspects de la science et de la technologie. Dans les constructions, ils apparaissent aux points de support des poutres, ils peuvent survenir lors d'un accident et casser un os et sa présence est capable de modifier le fonctionnement d'une machinerie.

Ils agissent à grande échelle sur la croûte terrestre provoquant des fractures dans les roches et les accidents géologiques, grâce à l'activité tectonique. Par conséquent, ils sont également responsables de la modélisation continue de la planète.

Les références

1. Bière, f. 2010. Mécanique des matériaux. 5e. Édition. McGraw Hill. 7 - 9.
2. Fitzgerald, 1996. Mécanique des matériaux. Alpha Omega. 21-23.
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4. Hibbeler, R.C. 2006. Mécanique des matériaux. 6e. Édition. Pearson Education. 22 -25
5. Valera Negrete, J. 2005. Notes de physique générale. Unam. 87-98.
6. Wikipédia. Contrainte de cisaillement. Récupéré de: dans.Wikipédia.org.