כוח הגזירה הוא כוח במתחם מאופיין להיות במקביל לפני השטח שעליו הוא פעיל ונוטה לחלק את הגוף, והוא מחליף את הסעיפים הנובעים לחתוך.
זה מיוצג באופן סכמטי באיור 1, בו מוצג כוח חיתוך המופעל על שתי נקודות שונות של עיפרון עץ. כוח הגזירה בתורו דורש שני כוחות מקבילים והפוכים, אשר בהתאם לעוצמתם, מסוגלים לעוות את העיפרון או לשבור אותו בהחלט.
איור 1. כוח הגזירה המופעל על הידיים גורם לעיפרון להישבר. מקור: Pixabay.
כך שלמרות שאנחנו מדברים על כוח הגזירה ביחיד, במציאות שני כוחות מופעלים, מכיוון שכוח הגזירה הוא כוח מורכב. כוחות אלה מורכבים משני כוחות (או יותר, במקרים מורכבים) המופעלים בנקודות שונות על עצם.
שני כוחות באותו גודל וכיוון הפוך, אך עם קווי פעולה מקבילים, מהווים זוג כוחות. הזוגות אינם מספקים תרגום לאובייקטים, מכיוון שהתוצאה שלהם היא אפס, אך הם מספקים מומנט נטו.
בעזרת זוג מסתובבים חפצים כמו גלגל ההגה של רכב, או שהם יכולים להיות מעוותים ושבורים, כמו במקרה של העיפרון ולוח העץ המוצג באיור 2.
איור 2. כוח הגזירה מחלק מוט עץ לשני חלקים. שימו לב שהכוחות משיקים לחתך הרוחב של היומן. מקור: פ. זפטה.
כוחות שטח וכוחות המוניים
כוחות המתחם הם חלק מהכביכול כוחות השטח, בדיוק מכיוון שהם מופעלים על פני גופים ואינם קשורים בשום דרך למסה שלהם. כדי להבהיר את הנקודה, בואו נשווה בין שני כוחות אלה הפועלים לעיתים קרובות על עצמים: כוח משקל וחיכוך.
גודל המשקל הוא P = מ"ג ומאחר שהוא תלוי במסת הגוף, הוא אינו כוח שטח. זהו כוח המוני, והמשקל הוא הדוגמא האופיינית ביותר.
כעת, החיכוך תלוי באופי משטחי המגע ולא במסת הגוף עליו הוא פועל, ולכן זו דוגמה טובה לכוחות משטח המופיעים לעתים קרובות.
כוחות פשוטים וכוחות מורכבים
כוחות השטח יכולים להיות פשוטים או מורכבים. ראינו כבר דוגמא לכוח מורכב בכוח הגזירה, ומצידו, החיכוך מיוצג ככוח פשוט, מכיוון שדי בחץ בודד כדי לייצג אותו בתרשים הגוף המבודד של האובייקט.
כוחות פשוטים אחראים להדפסת שינויים בתנועת גוף, למשל אנו יודעים שכוח החיכוך הקינטי בין עצם נע לבין המשטח עליו הוא נע גורם להפחתת המהירות.
להפך, כוחות מורכבים נוטים לעוות גופים ובמקרה של מספריים או מספריים התוצאה הסופית יכולה להיות חתך. כוחות משטח אחרים כמו מתח או דחיסה מאריכים או דוחסים את הגוף עליו הם פועלים.
בכל פעם שחותכים את העגבנייה להכנת הרוטב או מספריים משמשים לחתיכת דף נייר, העקרונות המתוארים חלים. לרוב כלי חיתוך יש שני להבי מתכת חדים המפעילים כוח גזירה לחתך הרוחב של החפץ שיש לקצוץ.
איור 3. כוח הגזירה בפעולה: אחד הכוחות מוחל על ידי להב הסכין, השני הוא הכוח הרגיל המופעל על ידי קרש החיתוך. מקור: תמונת אוכל שנוצרה על ידי katemangostar - freepik.es
לחץ על גזירה
ההשפעות של כוח הגזירה תלויות בעוצמת הכוח ובאזור עליו הוא פועל, ולכן בהנדסה נעשה שימוש נרחב במושג לחץ הגזמה, המביא בחשבון כוח וגם שטח.
ללחץ זה יש משמעויות אחרות כמו לחץ גזוז או לחץ גזירה ובמבנים אזרחיים חשוב ביותר לקחת בחשבון אותו, מכיוון שתקלות רבות במבנים נובעות מפעולת כוחות הגזירה.
מועילותו מובנת מייד כשאתם בוחנים את המצב הבא: נניח שיש לכם שני מוטים מאותו חומר אך עוביים שונים הנתונים לכוחות הולכים וגוברים עד שהם נשברים.
ניכר כי כדי לשבור את המוט העבה יותר, יש להפעיל כוח רב יותר, אולם המאמץ זהה לכל מוט בעל אותו הרכב. בדיקות כאלו תכופות בהנדסה, נוכח החשיבות של בחירת החומר המתאים למבנה המוקרן כך שיתפקד בצורה אופטימלית.
לחץ ומתח
מבחינה מתמטית, אם מתח הלחץ מסומן כ- the , גודל הכוח המופעל כ- F והאזור עליו הוא פועל כ- A, יש לנו את מתח הגזירה הממוצע:
בהיותו היחס בין כוח לאזור, יחידת המאמץ במערכת הבינלאומית היא הניוטון / m 2 , הנקרא פסקל ומקוצר כ- Pa. במערכת האנגלית ה- pund-force / foot 2 וה- pund-force / אינץ ' 2 .
עם זאת, במקרים רבים האובייקט הנתון ללחץ הגזירה מעוות ואז משחזר את צורתו המקורית מבלי לשבור בפועל, ברגע שהלחץ חדל לפעול. נניח שהעיוות מורכב משינוי באורך.
במקרה זה הלחץ והמתח הם פרופורציונליים, ולכן ניתן לקחת בחשבון את הדברים הבאים:
פירוש הסמל ∝ "פרופורציונלי" ובאשר לעיוות היחידה, הוא מוגדר כמניין בין השינוי באורך, שייקרא ΔL והאורך המקורי, שנקרא L o . בדרך זו:
מודול גזירה
בהיותו מנת חלק בין שני אורכים, אין לזן כמה יחידות, אך בעת הצבת סמל השוויון, קבוע המידתיות חייב לספק אותן. קורא ל- G לאמר קבוע:
G נקרא מודול הגזירה או מודול גזירה. יש לו יחידות פסקל במערכת הבינלאומית וערכה תלוי באופי החומר. ניתן לקבוע ערכים כאלה במעבדה על ידי בדיקת פעולת כוחות שונים על דגימות בעלות הרכב שונה.
כאשר זה נדרש לקבוע את גודל כוח הגזירה מהמשוואה הקודמת, פשוט החלף את הגדרת הלחץ:
כוחות הגזירה הם תכופים מאוד ויש לקחת בחשבון את השפעותיהם בהיבטים רבים של מדע וטכנולוגיה. במבנים הם מופיעים בנקודות התמיכה של הקורות, הם יכולים להתעורר בזמן תאונה ולשבור עצם ונוכחותם מסוגלת לשנות את פעולת המכונות.
הם פועלים בקנה מידה גדול על קרום כדור הארץ וגורמים לשברי סלעים ותאונות גיאולוגיות, בזכות פעילות טקטונית. לכן הם גם אחראים לעיצוב כדור הארץ ללא הרף.
הפניות
- Beer, F. 2010. מכניקת חומרים. 5. מַהֲדוּרָה. מקגרו היל. 7 - 9.
- פיצג'רלד, 1996. מכניקת חומרים. אלפה אומגה. 21-23.
- Giancoli, D. 2006. פיזיקה: עקרונות עם יישומים. 6 t ה אד. פרנטיס הול. 238-242.
- Hibbeler, RC 2006. מכניקת חומרים. 6. מַהֲדוּרָה. פירסון חינוך. 22 -25
- Valera Negrete, J. 2005. הערות על פיזיקה כללית. UNAM. 87-98.
- ויקיפדיה. לחץ גזירה. התאושש מ: en.wikipedia.org.