전단력 : 표면 및 질량 힘 - 물리적 인

전단력 이 작용하고, 절단에 기인하는 부분을 변위 본체를 분할하는 경향이되는 표면에 평행 인 것을 특징으로하는 화합물 힘이다.

나무 연필의 두 지점에 가해지는 절단력이 그림 1에 개략적으로 표시되어 있습니다. 전단력은 강도에 따라 연필을 변형 시키거나 확실히 파쇄 할 수있는 두 개의 평행 및 반대 힘을 필요로합니다.

그림 1. 손에 가해지는 전단력으로 인해 연필이 부러집니다. 출처 : Pixabay.

따라서 우리가 단수의 전단력에 대해 이야기하더라도 실제로는 전단력이 복합 력이기 때문에 두 가지 힘이 적용됩니다. 이러한 힘은 물체의 서로 다른 지점에 적용되는 두 가지 힘 (또는 복잡한 경우에는 그 이상)으로 구성됩니다.

크기는 같고 방향은 반대이지만 평행 한 작용선을 가진 두 힘은 한 쌍의 힘을 구성합니다. 쌍은 결과가 0이기 때문에 객체에 대한 변환을 제공하지 않지만 순 토크를 제공합니다.

한 쌍을 사용하면 차량의 스티어링 휠과 같은 물체가 회전하거나 그림 2에 표시된 연필과 나무 판의 경우처럼 변형되거나 부러 질 수 있습니다.

그림 2. 전단력은 나무 막대를 두 부분으로 나눕니다. 힘은 로그의 단면에 접합니다. 출처 : F. Zapata.

표면력과 질량 력

복합 힘은 소위 표면력의 일부입니다. 정확히 그 이유는 몸의 표면에 적용되고 어떤 식 으로든 질량과 관련이 없기 때문입니다. 요점을 명확히하기 위해 물체에 자주 작용하는 두 가지 힘인 무게와 마찰력을 비교해 보겠습니다.

무게의 크기는 P = mg이며 몸의 질량에 따라 달라 지므로 표면력이 아닙니다. 이것은 질량의 힘이고 무게가 가장 특징적인 예입니다.

이제 마찰은 작용하는 신체의 질량이 아니라 접촉 표면의 특성에 따라 달라 지므로 자주 나타나는 표면 힘의 좋은 예입니다.

표면력은 단순하거나 복합적 일 수 있습니다. 우리는 이미 전단력에서 복합 힘의 예를 보았고, 마찰은 물체의 고립 된 몸체 다이어그램에서 단일 화살표로 표현하기에 충분하기 때문에 마찰은 단순한 힘으로 표현됩니다.

단순한 힘은 물체의 움직임에 대한 변화를 인쇄하는 역할을합니다. 예를 들어 움직이는 물체와 물체가 움직이는 표면 사이의 운동 마찰력이 속도를 감소 시킨다는 것을 알고 있습니다.

반대로 복합 힘은 바디를 변형하는 경향이 있으며 전단 또는 전단의 경우 최종 결과는 절단이 될 수 있습니다. 장력 또는 압축과 같은 다른 표면력은 작용하는 신체를 길게 또는 압축합니다.

소스를 준비하기 위해 토마토를 자르거나 종이를 자르기 위해 가위를 사용할 때마다 설명 된 원칙이 적용됩니다. 절단 도구에는 일반적으로 절단 할 물체의 단면에 전단력을 적용하기 위해 두 개의 날카로운 금속 날이 있습니다.

그림 3. 작용하는 전단력 : 힘 중 하나는 칼날에 의해 적용되고 다른 하나는 도마에 의해 가해지는 정상적인 힘입니다. 출처 : katemangostar가 만든 음식 사진-freepik.es

전단력의 효과는 힘의 크기와 힘이 작용하는 영역에 따라 달라 지므로 엔지니어링에서 힘과 면적을 모두 고려하는 전단 응력의 개념이 널리 사용됩니다.

이 응력은 전단 응력 또는 전단 응력과 같은 다른 의미를 가지며 토목 건축에서는 구조물의 많은 파손이 전단력의 작용으로 인해 발생하기 때문에이를 고려하는 것이 매우 중요합니다.

그 유용성은 다음 상황을 고려할 때 즉시 이해됩니다. 재료가 같지만 두께가 다른 두 개의 막대가 파손될 때까지 증가하는 힘을받는다고 가정합니다.

두꺼운 막대를 부수려면 더 큰 힘을 가해 야하지만 동일한 구성을 가진 모든 막대의 노력은 동일합니다. 이와 같은 테스트는 투영 된 구조가 최적으로 작동하기 위해 올바른 재료를 선택하는 것이 중요하기 때문에 엔지니어링에서 자주 발생합니다.

수학적으로 전단 응력이 τ 로 표시되고 적용된 힘의 크기가 F로 표시되고 A로 작용하는 영역이 있으면 평균 전단 응력이 있습니다.

힘과 면적 사이의 몫인 국제 시스템의 노력 단위는 뉴턴 / m ² 이며 Pascal이라고하며 Pa로 약칭합니다. 영어 시스템에서는 파운드 힘 / 피트 ² 및 파운드 힘 / 인치 ² .

그러나 많은 경우에 전단 응력을받은 물체는 변형 된 다음 응력이 작용을 멈춘 후에 실제로 파손되지 않고 원래 모양으로 복원됩니다. 변형이 길이의 변화로 구성되어 있다고 가정합니다.

이 경우 응력과 변형은 비례하므로 다음을 고려할 수 있습니다.

기호 ∝는 "비례"를 의미하며 변형률은 ΔL이라고하는 길이 변화와 L _o 라고하는 원래 길이 사이의 몫으로 정의됩니다 . 이런 식으로:

두 길이 사이의 몫이기 때문에 변형에는 단위가 없지만 등호 기호를 배치 할 때 비례 상수가이를 제공해야합니다. G를 상수로 호출 :

G는 전단 계수 또는 전단 계수라고합니다. 그것은 국제 시스템에서 파스칼 단위를 가지고 있으며 그 값은 재료의 특성에 따라 다릅니다. 이러한 값은 다양한 구성의 샘플에 대한 다양한 힘의 작용을 테스트하여 실험실에서 결정할 수 있습니다.

이전 방정식에서 전단력의 크기를 결정해야하는 경우 간단히 응력의 정의로 대체하십시오.

전단력은 매우 빈번하며 과학 및 기술의 여러 측면에서 그 영향을 고려해야합니다. 구조물에서 그들은 빔의 지지점에 나타나고 사고 중에 발생할 수 있으며 뼈가 부러 질 수 있으며 그 존재는 기계 작동을 변경할 수 있습니다.

그들은 지각 활동 덕분에 지각에서 대규모로 작용하여 암석 균열과 지질 사고를 유발합니다. 따라서 그들은 또한 지속적으로 행성을 형성하는 책임이 있습니다.

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