Il meccanica dei materiali studiare le risposte degli oggetti ai carichi esterni applicati. Dipende dalla conoscenza di tali risposte che la progettazione di macchine, meccanismi e strutture è più efficiente..
Affinché un progetto sia adeguato, è necessario considerare le sollecitazioni e le deformazioni che agiscono sull'oggetto. Ogni materiale ha una sua risposta, in base alle sue caratteristiche.
La meccanica dei materiali si basa a sua volta sulla statica, poiché deve utilizzare i suoi metodi e concetti, come i diversi carichi o forze e i momenti a cui i corpi possono essere esposti durante il loro funzionamento. È anche necessario considerare le condizioni di equilibrio di un corpo esteso.
In questo modo si studiano a fondo la resistenza, la rigidità, l'elasticità e la stabilità dei corpi..
La meccanica dei materiali è anche nota come resistenza dei materiali o meccanica dei solidi.
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Dall'inizio dell'umanità, le persone hanno verificato, per tentativi ed errori, le caratteristiche dei materiali nel loro ambiente. Non è difficile immaginare artigiani laboriosi dell'età della pietra che scelgono le rocce giuste per scolpire le loro punte di freccia..
Con la vita sedentaria si iniziarono a costruire strutture che nel tempo si sono evolute negli edifici monumentali dei popoli dell'Antico Egitto e della Mesopotamia.
Questi costruttori conoscevano bene la risposta dei materiali che utilizzavano, al punto che ancora oggi i templi, le piramidi ei palazzi che hanno lasciato continuano a suscitare stupore..
Lo stesso si può dire dell'ingegneria degli antichi romani, notevole per il suo design in cui applicavano archi e volte, nonché per l'uso riuscito dei materiali.
Il formalismo della meccanica dei materiali emerse secoli dopo, grazie alle sperimentazioni del grande Galileo Galilei (1564 - 1642), che studiò gli effetti dei carichi su barre e travi di materiali diversi..
Galileo lasciato riflesso nel suo libro Due grotte scientifiche le loro conclusioni sui guasti in strutture come le travi a sbalzo. Successivamente, Robert Hooke (1635-1703) pose le basi della teoria dell'elasticità, con la famosa legge di Hooke, che afferma che la deformazione, purché piccola, è proporzionale allo stress.
Isaac Newton (1642-1727) stabilì le leggi del moto che definiscono l'azione delle forze sugli oggetti e, indipendentemente con Gottfried Leibnitz, inventò il calcolo matematico, uno strumento fondamentale per modellare gli effetti delle forze..
Successivamente, a partire dal XVIII secolo, diversi importanti scienziati francesi hanno condotto esperimenti con i materiali: Saint-Venant, Coulomb, Poisson, Lame e Navier, i più importanti. Quest'ultimo è l'autore del primo testo della moderna meccanica dei materiali.
Allo stesso tempo, la matematica si è evoluta per fornire strumenti per risolvere problemi meccanici più complessi. Notevoli sono gli esperimenti di Thomas Young (1773-1829), che determinò la rigidità di diversi materiali.
Oggi molti problemi vengono risolti utilizzando metodi numerici e simulazioni al computer, mentre la ricerca avanzata nella scienza dei materiali continua.
La meccanica dei materiali studia i solidi reali, quelli che possono deformarsi sotto l'azione delle forze, a differenza dei solidi ideali, che sono indeformabili. Per esperienza è noto che i materiali reali possono essere fratturati, stirati, compressi o flessi, a seconda del carico che subiscono..
Per questo motivo, la meccanica dei materiali può essere considerata il passaggio successivo alla statica. In questo si è considerato che i solidi fossero indeformabili, quello che segue è scoprire come si deformano quando le forze esterne agiscono su di essi, perché grazie a queste forze, le forze interne si sviluppano in risposta agli oggetti.
La deformazione del corpo e alla fine la rottura dipendono dall'intensità di questi sforzi. Quindi la meccanica dei materiali fornisce le basi per una progettazione efficace di parti e strutture, indipendentemente dal materiale di cui sono fatte, poiché la teoria sviluppata si applica a tutti loro..
La risposta dei materiali dipende da due aspetti fondamentali:
-Resistenza
-Rigidità
La resistenza di un oggetto è intesa come la sua capacità di resistere agli sforzi senza rompersi o fratturarsi. Tuttavia, in questo processo, l'oggetto può deformarsi e le sue funzioni all'interno della struttura sono diminuite, a seconda della sua rigidità..
Più il materiale è rigido, meno tende a deformarsi sotto stress. Ovviamente, ogni volta che un oggetto è sotto stress, subirà un qualche tipo di deformazione, che può essere permanente o meno. L'idea è che questo oggetto non smetta di funzionare correttamente nonostante ciò..
La meccanica dei materiali considera gli effetti di vari sforzi, che classifica in base alla loro forma o durata. A causa della sua forma, si possono fare sforzi per:
E vista la sua velocità, gli sforzi sono:
Ogni volta che si dispone di una struttura, di un macchinario o di un qualsiasi oggetto, sarà sempre sottoposto a numerosi sforzi derivati dal suo utilizzo. Come accennato in precedenza, queste sollecitazioni provocano deformazioni ed eventuali rotture: le travi possono deformarsi, con il rischio di collassare, oppure i denti dell'ingranaggio possono rompersi..
Quindi i materiali utilizzati nei vari utensili, macchinari e strutture devono essere appropriati, non solo per garantirne il corretto funzionamento, ma per essere sicuri e stabili..
In termini generali, la meccanica dei materiali funziona in questo modo:
In primo luogo si analizza la struttura, di cui si conosce la geometria, determinandone le forze e le deformazioni, per trovare il carico massimo applicabile e che non superi un limite di deformazione prestabilito..
Un'altra opzione è determinare le dimensioni della struttura, dati determinati carichi e valori di sollecitazione e deformazione ammissibili..
In questo modo, la meccanica dei materiali viene applicata in modo intercambiabile a vari settori:
In questo modo, la meccanica dei materiali si pone come base della scienza e dell'ingegneria dei materiali, un ramo multidisciplinare con progressi spettacolari negli ultimi tempi..
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