Τάση (μηχανική)
Η τάση είναι η δύναμη ανά μονάδα επιφάνειας σε ένα σώμα που τείνει να το κάνει να αλλάξει σχήμα.
Η τάση είναι ένα μέτρο των εσωτερικών δυνάμεων σε ένα σώμα μεταξύ των σωματιδίων του. Αυτές οι εσωτερικές δυνάμεις αποτελούν αντίδραση στις εξωτερικές δυνάμεις που ασκούνται στο σώμα και το κάνουν να διαχωρίζεται, να συμπιέζεται ή να ολισθαίνει. Οι εξωτερικές δυνάμεις είναι είτε επιφανειακές δυνάμεις είτε δυνάμεις του σώματος. Η τάση είναι η μέση δύναμη ανά μονάδα επιφάνειας που ασκεί ένα σωματίδιο ενός σώματος σε ένα γειτονικό σωματίδιο, κατά μήκος μιας νοητής επιφάνειας που τα χωρίζει.
Ο τύπος για τη μονοαξονική ορθή τάση είναι:
σ = F A {\displaystyle {\sigma }={\frac {F}{A}}} 
όπου σ είναι η τάση, F είναι η δύναμη και Α είναι η επιφάνεια.
Στις μονάδες SI, η δύναμη μετριέται σε Newton και το εμβαδόν σε τετραγωνικά μέτρα. Αυτό σημαίνει ότι η τάση είναι Newton ανά τετραγωνικό μέτρο, ή N/m2. Ωστόσο, η τάση έχει τη δική της μονάδα SI, που ονομάζεται pascal. 1 πασάλ (σύμβολο Pa) ισούται με 1 N/m2. Σε αυτοκρατορικές μονάδες, η τάση μετριέται σε pound-force per square inch, το οποίο συχνά συντομεύεται σε "psi". Η διάσταση της τάσης είναι η ίδια με εκείνη της πίεσης.
Στη μηχανική του συνεχούς, το φορτισμένο παραμορφώσιμο σώμα συμπεριφέρεται ως συνεχές. Έτσι, αυτές οι εσωτερικές δυνάμεις κατανέμονται συνεχώς μέσα στον όγκο του υλικού σώματος. (Αυτό σημαίνει ότι η κατανομή των τάσεων στο σώμα εκφράζεται ως μια κατά κομμάτια συνεχής συνάρτηση του χώρου και του χρόνου). Οι δυνάμεις προκαλούν παραμόρφωση του σχήματος του σώματος. Η παραμόρφωση μπορεί να οδηγήσει σε μόνιμη αλλαγή του σχήματος ή σε δομική αστοχία, εάν το υλικό δεν είναι αρκετά ισχυρό.
Ορισμένα μοντέλα της μηχανικής της συνέχειας αντιμετωπίζουν τη δύναμη ως κάτι που μπορεί να αλλάξει. Άλλα μοντέλα εξετάζουν την παραμόρφωση της ύλης και των στερεών σωμάτων, επειδή τα χαρακτηριστικά της ύλης και των στερεών σωμάτων είναι τρισδιάστατα. Κάθε προσέγγιση μπορεί να δώσει διαφορετικά αποτελέσματα. Τα κλασικά μοντέλα της μηχανικής του συνεχούς υποθέτουν μια μέση δύναμη και δεν περιλαμβάνουν σωστά τους "γεωμετρικούς παράγοντες". (Η γεωμετρία του σώματος μπορεί να είναι σημαντική για τον τρόπο με τον οποίο κατανέμεται η τάση και πώς συσσωρεύεται ενέργεια κατά την εφαρμογή της εξωτερικής δύναμης).
Σχήμα 1.4 Διατμητική τάση σε πρισματική ράβδο. Η κατανομή της τάσης ή της δύναμης στη διατομή της ράβδου δεν είναι απαραίτητα ομοιόμορφη. Παρόλα αυτά, μια μέση διατμητική τάση τ a v g {\displaystyle \tau _{\mathrm {avg} }\,\! } 
είναι μια λογική προσέγγιση.
Σχήμα 1.3 Κανονική τάση σε πρισματική ράβδο (ευθύγραμμο μέλος ομοιόμορφης διατομής). Η κατανομή της τάσης ή της δύναμης στη διατομή της ράβδου δεν είναι απαραίτητα ομοιόμορφη. Ωστόσο, μια μέση κανονική τάση σ a v g {\displaystyle \sigma _{\mathrm {avg} }\,\! } 
μπορεί να χρησιμοποιηθεί.
Σχήμα 1.1 Τάση σε φορτισμένο παραμορφώσιμο υλικό σώμα που θεωρείται συνεχές.
Σχήμα 1.2 Αξονική τάση σε πρισματική ράβδο που φορτίζεται αξονικά.
Διατμητική τάση
Περισσότερες πληροφορίες: Διατμητική τάση
Απλές τάσεις
Σε ορισμένες περιπτώσεις, η τάση εντός ενός αντικειμένου μπορεί να περιγραφεί με έναν μόνο αριθμό ή με ένα μόνο διάνυσμα (έναν αριθμό και μια κατεύθυνση). Τρεις τέτοιες απλές καταστάσεις τάσεων είναι η μονοαξονική ορθή τάση, η απλή διατμητική τάση και η ισοτροπική ορθή τάση.
Μονοαξονική κανονική τάση
Η εφελκυστική τάση (ή εφελκυσμός) είναι η εντατική κατάσταση που οδηγεί σε διαστολή, δηλαδή το μήκος ενός υλικού τείνει να αυξάνεται προς την εφελκυστική κατεύθυνση. Ο όγκος του υλικού παραμένει σταθερός. Όταν σε ένα σώμα ασκούνται ίσες και αντίθετες δυνάμεις, τότε η τάση που οφείλεται σε αυτή τη δύναμη ονομάζεται εφελκυστική τάση.
Επομένως, σε ένα μονοαξονικό υλικό το μήκος αυξάνεται στη διεύθυνση της εφελκυστικής τάσης και οι άλλες δύο διευθύνσεις θα μειωθούν σε μέγεθος. Στον μονοαξονικό τρόπο εφελκυσμού, η εφελκυστική τάση προκαλείται από δυνάμεις έλξης. Η εφελκυστική τάση είναι το αντίθετο της θλιπτικής τάσης.
Τα δομικά στοιχεία που βρίσκονται σε άμεση τάση είναι τα σχοινιά, τα αγκύρια εδάφους και τα καρφιά, τα μπουλόνια κ.λπ. Οι δοκοί που υπόκεινται σε καμπτικές ροπές μπορεί να περιλαμβάνουν εφελκυστικές τάσεις καθώς και θλιπτικές τάσεις ή/και διατμητικές τάσεις.
Η εφελκυστική τάση μπορεί να αυξάνεται μέχρι την επίτευξη της εφελκυστικής αντοχής, δηλαδή της οριακής κατάστασης της τάσης.
Τάση σε μονοδιάστατα σώματα
Όλα τα πραγματικά αντικείμενα καταλαμβάνουν τρισδιάστατο χώρο. Ωστόσο, εάν δύο διαστάσεις είναι πολύ μεγάλες ή πολύ μικρές σε σχέση με τις άλλες, το αντικείμενο μπορεί να μοντελοποιηθεί ως μονοδιάστατο. Αυτό απλοποιεί τη μαθηματική μοντελοποίηση του αντικειμένου. Τα μονοδιάστατα αντικείμενα περιλαμβάνουν ένα κομμάτι σύρμα που φορτώνεται στα άκρα και εξετάζεται από το πλάι, και ένα μεταλλικό φύλλο που φορτώνεται στην όψη και εξετάζεται από κοντά και μέσω της διατομής.
Σχετικές σελίδες
- Ένταση
- Κάμψη
Ερωτήσεις και απαντήσεις
Ερ: Τι είναι το στρες;
A: Η πίεση είναι η δύναμη ανά μονάδα επιφάνειας σε ένα σώμα που τείνει να το κάνει να αλλάξει σχήμα. Είναι ένα μέτρο των εσωτερικών δυνάμεων σε ένα σώμα μεταξύ των σωματιδίων του και είναι η μέση δύναμη ανά μονάδα επιφάνειας που ασκεί ένα σωματίδιο ενός σώματος σε ένα γειτονικό σωματίδιο κατά μήκος μιας νοητής επιφάνειας που τα χωρίζει.
Ερ: Πώς επηρεάζουν οι εξωτερικές δυνάμεις την τάση;
Α: Οι εξωτερικές δυνάμεις είναι είτε επιφανειακές δυνάμεις είτε δυνάμεις του σώματος και προκαλούν παραμόρφωση του σχήματος του σώματος, η οποία μπορεί να οδηγήσει σε μόνιμη αλλαγή του σχήματος ή σε δομική αστοχία, εάν το υλικό δεν είναι αρκετά ισχυρό.
Ερ: Ποιος είναι ο τύπος για τη μονοαξονική κανονική τάση;
Α: Ο τύπος για τη μονοαξονική ορθή τάση είναι σ = F/A, όπου σ είναι η τάση, F είναι η δύναμη και A είναι η επιφάνεια. Στις μονάδες SI, η δύναμη μετριέται σε Newton και η επιφάνεια σε τετραγωνικά μέτρα, δηλαδή η τάση θα ήταν Newton ανά τετραγωνικό μέτρο (N/m2). Ωστόσο, υπάρχει η δική της μονάδα SI για την τάση που ονομάζεται pascal (Pa), η οποία ισούται με 1 N/m2. Σε αυτοκρατορικές μονάδες, θα μετριόταν σε pound-force ανά τετραγωνική ίντσα (psi).
Ερ: Τι υποθέτει η μηχανική της συνέχειας για τη δύναμη;
Α: Τα κλασικά μοντέλα της μηχανικής του συνεχούς υποθέτουν μια μέση δύναμη και δεν περιλαμβάνουν σωστά γεωμετρικούς παράγοντες - δηλαδή δεν λαμβάνουν υπόψη πώς η γεωμετρία επηρεάζει τον τρόπο με τον οποίο συσσωρεύεται η ενέργεια κατά την εφαρμογή εξωτερικής δύναμης.
Ερ: Πώς μπορούν διαφορετικά μοντέλα να δίνουν διαφορετικά αποτελέσματα όταν εξετάζουν την παραμόρφωση της ύλης και των στερεών σωμάτων;
Α: Τα διάφορα μοντέλα εξετάζουν την παραμόρφωση της ύλης και των στερεών σωμάτων με διαφορετικό τρόπο, επειδή τα χαρακτηριστικά της ύλης και των στερεών σωμάτων είναι τρισδιάστατα - έτσι κάθε προσέγγιση λαμβάνει υπόψη διαφορετικές πτυχές, οι οποίες μπορεί να οδηγήσουν σε διαφορετικά αποτελέσματα.
Ερ: Πώς αντιμετωπίζει η μηχανική συνέχειας τα φορτισμένα παραμορφώσιμα σώματα;
Α: Η μηχανική συνέχειας αντιμετωπίζει τα φορτισμένα παραμορφώσιμα σώματα ως συνέχειες - που σημαίνει ότι οι εσωτερικές δυνάμεις κατανέμονται συνεχώς στον όγκο του υλικού σώματος αντί να συγκεντρώνονται σε ορισμένα σημεία όπως στα κλασικά μοντέλα.
