È noto come resistenza al taglio Il risultato dell'applicazione di due forze parallele a una superficie e nella direzione opposta. In questo modo un oggetto può essere diviso in due parti, facendo scorrere le sezioni una sull'altra..
Le forze di taglio dirette vengono applicate quotidianamente su tessuti, carte o metalli, esercitate da forbici, ghigliottine o cesoie. Appaiono anche in strutture come bulloni o viti, tasselli, travi, cunei e saldature..
È necessario chiarire che non sempre si intende sezionare o tagliare, ma lo sforzo di taglio tende a deformare l'oggetto su cui viene applicato; pertanto, le travi sottoposte a sollecitazione di taglio tendono a incurvarsi sotto il proprio peso. I seguenti esempi chiariscono il punto.
La figura 2 mostra un semplice diagramma per illustrare quanto sopra. È un oggetto su cui due forze agiscono in direzioni opposte. C'è un piano di taglio immaginario (non è disegnato) e le forze agiscono una su ciascun lato del piano, tagliando la barra in due.
Nel caso di una forbice: ogni lama o filo applica una forza sulla sezione trasversale (circolare) dell'oggetto da tagliare, separandolo anche in due parti, come lo spago di figura 1.
Indice articolo
Puoi provare a esercitare una forza di taglio facendo scorrere la mano sulla copertina di un libro chiuso. L'altro coperchio deve rimanere fisso sul tavolo, cosa che può essere ottenuta sostenendo la mano libera in modo che non si muova. Il libro si deformerà un po 'con questa azione, come illustrato nella figura seguente:
Se questa situazione viene analizzata attentamente, le due forze già citate, ma questa volta applicate orizzontalmentein fucsia). Uno è quello della tua mano su un lato e l'altro è applicato dalla superficie del tavolo sul lato opposto del libro che è fissato.
Il libro non ruota, sebbene queste forze possano causare una coppia o un momento netti. Per evitare ciò ci sono le altre due forze verticali (in turchese); quello applicato con l'altra mano e quello normale esercitato dalla tavola, il cui momento netto agisce in senso opposto impedendo il movimento rotatorio.
Le sollecitazioni di taglio compaiono anche all'interno del corpo umano, poiché il sangue circolante esercita continuamente forze tangenziali all'interno dei vasi sanguigni, provocando piccole deformazioni nelle pareti..
La tua considerazione è importante per determinare le possibilità che una struttura fallisca. Nelle forze di taglio, non viene presa in considerazione solo la forza, ma anche l'area su cui agisce.
Lo si capisce subito prendendo due barre cilindriche della stessa lunghezza, dello stesso materiale ma di diverso spessore, e sottoponendole a sollecitazioni crescenti fino alla rottura..
Ovviamente le forze necessarie saranno abbastanza diverse, perché una barra è più sottile dell'altra; tuttavia lo sforzo sarà lo stesso.
Lo sforzo di taglio è indicato dalla lettera greca τ (tau) ed è calcolato come il quoziente tra l'intensità della forza applicata F e l'area PER della superficie su cui agisce:
τmedia= F / A
Lo sforzo così calcolato è quello che produce una forza media sulla superficie in questione, poiché la forza non agisce su un solo punto della superficie, ma è distribuita su tutta la superficie e non in modo uniforme. Tuttavia, la distribuzione può essere rappresentata da una forza risultante che agisce su un punto particolare.
Le dimensioni dello sforzo di taglio sono la forza sulla superficie. Nelle unità del sistema internazionale corrispondono a newton / metro quadrato, un'unità chiamata Pascal e abbreviata Pa.
Sono le stesse unità di pressione, quindi le unità del sistema inglese come libbra-forza / piede Due e libbra forza / polliceDue sono anche appropriati.
In molte situazioni l'entità dello sforzo di taglio è proporzionale alla deformazione causata nell'oggetto, come il precedente libro di esempio, che tornerà alle sue dimensioni originali non appena la mano verrà rimossa. In quel caso:
Resistenza al taglio ∝ Deformazione dell'unità
La costante di proporzionalità in questo caso è il modulo di taglio, modulo di rigidità o modulo di taglio (G):
Sforzo di taglio = Modulo di taglio x Deformazione unitaria
τ = G. γ
Con γ = ΔL / Lo, dove ΔL è la differenza tra la lunghezza finale e quella iniziale. Combinando le equazioni date, è possibile trovare un'espressione per la deformazione causata dallo stress:
Il valore della costante G Si trova nelle tabelle e le sue unità sono le stesse di quelle per lo stress, poiché la deformazione è adimensionale. Quasi sempre il valore di G è la metà o un terzo del valore di E, modulo di elasticità.
Infatti sono legati dall'espressione:
Dove ν è il modulo di Poisson, un'altra costante elastica del materiale il cui valore è compreso tra 0 e ½. Proprio per questo motivo G a sua volta è compreso tra E / 3 ed E / 2.
Per unire due piastre di ferro si utilizza una vite in acciaio, che deve resistere a forze di taglio fino a 3200 N. Qual è il diametro minimo della vite se il fattore di sicurezza è 6,0? Il materiale è noto per contenere fino a 170 x 106 N / mDue.
Lo sforzo di taglio a cui è sottoposta la vite deriva dalle forze mostrate nella figura sottostante. Il fattore di sicurezza è una quantità adimensionale ed è correlato alla massima sollecitazione ammissibile:
Sforzo di taglio = F / A = Massima sollecitazione ammissibile / fattore di sicurezza
Pertanto l'area è:
A = F x fattore di sicurezza / sforzo di taglio = 3200 x 6/170 x 106 = 0,000113 mDue
L'area della vite è data da πDDue/ 4, quindi il diametro è:
DDue= 4 x A / π = 0,000144 mDue
D = 0,012 m = 12 mm.
Un tassello di legno o un tassello viene utilizzato per evitare che la puleggia giri sotto stress T1 Y TDue, rispetto a un asse da 3 pollici. Le dimensioni dei perni sono mostrate in figura. Trova l'entità dello sforzo di taglio sul blocco, se le forze mostrate agiscono sulla puleggia:
T1 produce una coppia in senso antiorario sulla puleggia, alla quale viene assegnato un segno positivo, mentre TDue produce coppia in senso orario con segno negativo. Il braccio della leva misura 15 pollici per ogni tensione. Perciò:
Coppia netta = 4000 libbra-forza. 15 pollici - 1000 libbre di forza. 15 pollici = 45.000 libbre forza. pollice
Il blocco di legno non deve ruotare, quindi i momenti rispetto al centro del blocco devono essere nulli. F rappresenta la forza media sulla superficie:
45.000 - F.d = 0
Con d = 1,5 pollici, Quindi:
F x 1,5 = 45.000
F = 30.000 libbre forza
Questa forza provoca uno sforzo di taglio di magnitudo:
τ = F / A = 30.000 libbra forza / (3/8 x 3) polliciDue = 2,67 x 104 libbra forza / polliceDue
Nessun utente ha ancora commentato questo articolo.