KESME KUVVETI: YÜZEY VE KÜTLE KUVVETLERI - FIZIKSEL - 2025

Kesme kuvveti süreçteki ve kesimden kaynaklanan bölümleri yer değiştirmesi, vücut bölme eğilimi olduğu yüzeyine paralel olması ile karakterize edilen bir bileşiği, bir güçtür.

Tahta kalemin iki farklı noktasına uygulanan kesme kuvvetinin gösterildiği şekil 1'de şematik olarak gösterilmiştir. Kesme kuvveti, yoğunluklarına bağlı olarak kalemi deforme edebilen veya kesin olarak kırabilen iki paralel ve zıt kuvvete ihtiyaç duyar.

Şekil 1. Ellerle uygulanan kesme kuvveti kalemin kırılmasına neden olur. Kaynak: Pixabay.

Tekil olarak kesme kuvveti hakkında konuşsak bile, gerçekte iki kuvvet uygulanır, çünkü kesme kuvveti bir bileşik kuvvettir. Bu kuvvetler, bir nesnenin farklı noktalarına uygulanan iki kuvvetten (veya karmaşık durumlarda daha fazla) oluşur.

Aynı büyüklükte ve zıt yöndeki, ancak paralel hareket hatlarına sahip iki kuvvet, bir çift kuvvet oluşturur. Çiftler, sonuçlarının sıfır olmasından dolayı nesnelere dönüştürme sağlamazlar, ancak net bir tork sağlarlar.

Bir çift ile, bir aracın direksiyon simidi gibi nesneler döndürülür veya Şekil 2'de gösterilen kurşun kalem ve tahta tahtada olduğu gibi deforme olabilir ve kırılabilir.

Şekil 2. Kesme kuvveti, bir tahta çubuğu iki bölüme ayırır. Kuvvetlerin kütüğün enine kesitine teğet olduğuna dikkat edin. Kaynak: F. Zapata.

Yüzey kuvvetleri ve kütle kuvvetleri

Bileşik kuvvetler, tam olarak cisimlerin yüzeyine uygulandıklarından ve kütleleriyle hiçbir şekilde ilişkili olmadıklarından yüzey kuvvetlerinin bir parçasıdır. Konuyu açıklığa kavuşturmak için, sık sık nesnelere etki eden bu iki kuvveti karşılaştıralım: ağırlık ve sürtünme kuvveti.

Ağırlığın büyüklüğü P = mg'dır ve vücut kütlesine bağlı olduğundan yüzey kuvveti değildir. Bu bir kütle kuvvetidir ve ağırlık en karakteristik örnektir.

Şimdi, sürtünme, üzerinde hareket ettiği cismin kütlesine değil, temas yüzeylerinin doğasına bağlıdır, bu nedenle, sıklıkla ortaya çıkan yüzey kuvvetlerine iyi bir örnektir.

Basit kuvvetler ve bileşik kuvvetler

Yüzey kuvvetleri basit veya bileşik olabilir. Kesme kuvvetindeki bir bileşik kuvvetin bir örneğini daha önce görmüştük ve bunun için, sürtünme basit bir kuvvet olarak temsil edilir, çünkü onu nesnenin izole edilmiş vücut diyagramında göstermek için tek bir ok yeterlidir.

Basit kuvvetler, bir cismin hareketindeki değişiklikleri yazdırmaktan sorumludur; örneğin, hareket eden bir nesne ile üzerinde hareket ettiği yüzey arasındaki kinetik sürtünme kuvvetinin hızda bir düşüşe neden olduğunu biliyoruz.

Aksine, bileşik kuvvetler gövdeleri deforme etme eğilimindedir ve makaslama veya kesme durumunda nihai sonuç bir kesik olabilir. Gerilme veya sıkıştırma gibi diğer yüzey kuvvetleri, etki ettikleri gövdeyi uzatır veya sıkıştırır.

Domates sosu hazırlamak için her kesildiğinde veya bir kağıt yaprağını bölmek için bir makas kullanıldığında, açıklanan ilkeler geçerlidir. Kesici aletler, doğranacak nesnenin kesitine kesme kuvveti uygulamak için genellikle iki keskin metal bıçağa sahiptir.

Şekil 3. Etkili kesme kuvveti: kuvvetlerden biri bıçak bıçağı tarafından, diğeri ise kesme tahtası tarafından uygulanan normal kuvvettir. Kaynak: katemangostar tarafından oluşturulan yemek fotoğrafı - freepik.es

Kayma gerilmesi

Kesme kuvvetinin etkileri, kuvvetin büyüklüğüne ve etki ettiği alana bağlıdır, bu nedenle mühendislikte hem kuvveti hem de alanı hesaba katan kesme gerilimi kavramı yaygın olarak kullanılmaktadır.

Bu gerilmenin kesme gerilimi veya kesme gerilmesi gibi başka anlamları vardır ve inşaatlarda bunu dikkate almak son derece önemlidir, çünkü yapılardaki birçok başarısızlık kesme kuvvetlerinin etkisinden kaynaklanır.

Aşağıdaki durum göz önüne alındığında kullanışlılığı hemen anlaşılır: Farz edelim ki aynı malzemeden fakat farklı kalınlıktaki iki çubuğunuz kırılıncaya kadar artan kuvvetlere maruz kalıyor.

Daha kalın olan çubuğu kırmak için daha büyük bir kuvvetin uygulanması gerektiği açıktır, ancak aynı bileşime sahip herhangi bir çubuk için çaba aynıdır. Projelendirilen yapının en iyi şekilde çalışması için doğru malzemenin seçilmesinin önemi düşünüldüğünde, bu tür testler mühendislikte sıkça yapılmaktadır.

Stres ve zorlanma

Matematiksel olarak, kayma gerilmesi τ olarak belirtilirse , uygulanan kuvvetin büyüklüğü F olarak ve üzerinde A olarak hareket ettiği alan, ortalama kayma gerilimine sahip oluruz:

Kuvvet ve alanın arasındaki oran olan Uluslararası Sistemde çaba birim newton / m ² , Pascal denilen ve Pa olarak kısaltılır. İngiliz sistemine pound-kuvvet / ayak ise ² ve pound-kuvvet / inç ² .

Şimdi, birçok durumda, kayma gerilimine maruz kalan nesne deforme olur ve daha sonra, gerilim etkisiz hale geldikten sonra, fiilen kırılmadan orijinal şeklini geri kazanır. Deformasyonun uzunluktaki bir değişiklikten oluştuğunu varsayalım.

Bu durumda gerilim ve gerinim orantılıdır, bu nedenle aşağıdakiler düşünülebilir:

∝ sembolü "orantılı" anlamına gelir ve birim deformasyonuna gelince, ΔL olarak adlandırılacak uzunluktaki değişim ile L _{o olarak} adlandırılan orijinal uzunluk arasındaki bölüm olarak tanımlanır . Böylece:

Kayma modülü

İki uzunluk arasında bir bölüm olan suşun birimi yoktur, ancak eşitlik sembolü yerleştirildiğinde, orantılılık sabiti bunları sağlamalıdır. G'yi sabit olarak çağırmak:

G, kayma modülü veya kesme modülü olarak adlandırılır. Uluslararası Sistemde Pascal birimleri vardır ve değeri malzemenin yapısına bağlıdır. Bu değerler, laboratuvarda, farklı bileşimdeki numuneler üzerindeki farklı kuvvetlerin etkisi test edilerek belirlenebilir.

Önceki denklemden kesme kuvvetinin büyüklüğünü belirlemek gerektiğinde, basitçe gerilme tanımını değiştirin:

Kesme kuvvetleri çok sıktır ve etkileri bilim ve teknolojinin birçok alanında dikkate alınmalıdır. Konstrüksiyonlarda kirişlerin destek noktalarında görünürler, bir kaza anında ortaya çıkıp bir kemiği kırabilirler ve mevcudiyetleri makinenin işleyişini değiştirebilir.

Tektonik aktivite sayesinde yer kabuğunda büyük ölçekte hareket ederek kaya kırılmalarına ve jeolojik kazalara neden olurlar. Bu nedenle gezegeni sürekli olarak şekillendirmekten de sorumludurlar.

Referanslar

1. Bira, F. 2010. Malzemelerin mekaniği. 5. Baskı. McGraw Hill. 7-9.
2. Fitzgerald, 1996. Mechanics of Materials. Alfa Omega. 21-23.
3. Giancoli, D. 2006. Fizik: Uygulamalı Prensipler. 6 ^{ton inci} Baskı., Prentice Hall. 238-242.
4. Hibbeler, RC 2006. Malzemelerin mekaniği. 6. Baskı. Pearson Education. 22-25
5. Valera Negrete, J. 2005. Genel Fizik Üzerine Notlar. UNAM. 87-98.
6. Vikipedi. Kesme Gerilmesi. En.wikipedia.org adresinden kurtarıldı.