SCHERKRAFT: OBERFLÄCHEN- UND MASSENKRÄFTE - KÖRPERLICH - 2025

Die Scherkraft 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.

Abbildung 1. Durch die mit den Händen ausgeübte Scherkraft bricht der Stift. Quelle: Pixabay.

Obwohl wir über die Scherkraft im Singular sprechen, werden in Wirklichkeit zwei Kräfte angewendet, da die Scherkraft eine zusammengesetzte Kraft ist. 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 ein Kräftepaar. Die Paare 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 verformt und gebrochen werden, wie im Fall des in Abbildung 2 gezeigten Bleistifts und des Holzbretts.

Abbildung 2. Die Scherkraft teilt eine Holzstange in zwei Abschnitte. Beachten Sie, dass die Kräfte tangential zum Querschnitt des Protokolls sind. Quelle: F. Zapata.

Oberflächenkräfte und Massenkräfte

Zusammengesetzte Kräfte sind Teil der sogenannten Oberflächenkräfte, gerade weil sie auf die Oberfläche von Körpern ausgeübt 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 eine Massenkraft, und das Gewicht ist das charakteristischste Beispiel.

Die Reibung hängt nun 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.

Einfache Kräfte und zusammengesetzte Kräfte

Oberflächenkräfte können einfach oder zusammengesetzt sein. 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 geschnitten wird, um die Sauce zuzubereiten, oder wenn ein Blatt Papier mit einer Schere geschnitten wird, gelten die beschriebenen Prinzipien. Schneidwerkzeuge haben typischerweise zwei scharfe Metallklingen, um eine Scherkraft auf den Querschnitt des zu schneidenden Objekts auszuüben.

Abbildung 3. Scherkraft in Aktion: Eine der Kräfte wird von der Messerklinge ausgeübt, die andere ist die normale, die vom Schneidebrett ausgeübt wird. Quelle: Lebensmittelfoto erstellt von katemangostar - freepik.es

Scherbeanspruchung

Die Auswirkungen der Scherkraft hängen von der Größe der Kraft und der Fläche ab, auf die sie wirkt. Deshalb wird in der Technik häufig das Konzept der Scherspannung verwendet, das sowohl die Kraft als auch die Fläche berücksichtigt.

Diese Spannung hat andere Bedeutungen wie Scherspannung oder Scherspannung, und bei zivilen Konstruktionen ist es äußerst wichtig, sie 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 Stäbe aus demselben Material, aber unterschiedlichen Dicken, die zunehmenden Kräften ausgesetzt sind, bis sie brechen.

Es ist offensichtlich, dass zum Brechen des dickeren Stabes eine größere Kraft ausgeübt werden muss, jedoch ist der Aufwand für jeden Stab mit der gleichen 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.

Stress und Belastung

Wenn wir mathematisch die Scherspannung als τ, die Größe der ausgeübten Kraft als F und die Fläche, über die sie als A wirkt, bezeichnen, haben wir die durchschnittliche Scherspannung:

Als Verhältnis zwischen Kraft und Fläche ist die Einheit der Anstrengung im internationalen System der Newton / m ² , Pascal genannt und als Pa abgekürzt. Im englischen System die Pfundkraft / Fuß ² und die Pfundkraft / Zoll ² .

In vielen Fällen wird das Objekt, das der Scherbeanspruchung ausgesetzt ist, 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 Dehnung proportional, daher kann Folgendes berücksichtigt werden:

Das Symbol ∝ bedeutet "proportional zu" und ist für die Einheitsverformung definiert als der Quotient zwischen der Längenänderung, die als ΔL bezeichnet wird, und der ursprünglichen Länge, die als L _{o bezeichnet wird} . Auf diese Weise:

Schubmodul

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:

G wird Schermodul oder Schermodul genannt. Es hat Pascal-Einheiten im internationalen System und sein Wert hängt von der Art des Materials ab. Solche Werte können im Labor durch Testen der Wirkung verschiedener Kräfte auf Proben unterschiedlicher Zusammensetzung bestimmt werden.

Wenn die Größe der Scherkraft aus der vorherigen Gleichung bestimmt werden muss, ersetzen Sie einfach die Definition der Spannung:

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 dafür verantwortlich, den Planeten kontinuierlich zu gestalten.

Verweise

1. Beer, F. 2010. Mechanik der Werkstoffe. 5 .. Auflage. McGraw Hill. 7 - 9.
2. Fitzgerald, 1996. Mechanik der Werkstoffe. Alpha Omega. 21-23.
3. Giancoli, D. 2006. Physik: Prinzipien mit Anwendungen. 6 ^{t th} Ed. Prentice Hall. 238-242.
4. Hibbeler, RC 2006. Materialmechanik. 6 .. Auflage. Pearson Ausbildung. 22-25
5. Valera Negrete, J. 2005. Anmerkungen zur allgemeinen Physik. UNAM. 87-98.
6. Wikipedia. Scherbeanspruchung. Wiederhergestellt von: en.wikipedia.org.