Электрическое напряжение. Единица напряжения. Вольтметр
Физика. 8 класс. Барьяхтар
Каждый, наверное, слышал предостерегающее «Не подходи — там высокое напряжение!», возмущенное «Снова упало напряжение в сети!», вопросительное «На какое напряжение рассчитан этот прибор?». Из данного параграфа вы узнаете, что такое напряжение и почему на всех электротехнических устройствах приводят его значение.
1. Даём определение электрического напряжения
В § 23 было доказано, что направленное движение свободных заряженных частиц (электрический ток) возможно благодаря действию на эти частицы силы со стороны электрического поля. А из курса физики 7 класса вы знаете, что когда тело движется в результате действия силы и направление движения тела совпадает с направлением этой силы, то сила выполняет работу. Следовательно, когда в участке цепи идет ток, то электрическое поле выполняет работу. Эту работу называют работой тока.
Работа, которую может выполнить или выполняет электрическое поле, перемещая заряд по данному участку цепи, определяется электрическим напряжением.
Электрическое напряжение на участке цепи — это физическая величина, которая численно равна работе электрического поля по перемещению единичного заряда по данному участку цепи.
Напряжение обозначают символом U и определяют по формуле:
где А — работа, которую выполняет (или может выполнить) электрическое поле по перемещению заряда q по данному участку цепи.
Единица напряжения в СИ — вольт (названа в честь А. Вольты):
[U] = 1 В.
1 В — это такое напряжение на участке цепи, при котором электрическое поле выполняет работу 1 Дж, перемещая по данному участку заряд, равный 1 Кл:
Кроме вольта на практике часто применяют кратные и дольные единицы напряжения: микровольт (мкВ), милливольт (мВ), киловольт (кВ):
1 мкВ = 10-6В; 1 мВ = 10-3В; 1 кВ = 103В.
Так, электрическое напряжение на клеточной мембране или микрочипе составляет несколько микровольт, а между облаками во время грозы — сотни киловольт.
• А знаете ли вы, какое напряжение подается в ваш дом? на аккумулятор вашего мобильного телефона во время его зарядки?
2. Проводим аналогию
Обратившись к аналогии между электрическим током и течением воды (см. § 26), можно сделать вывод, что напряжение аналогично разности уровней воды в сосудах. Если уровни воды в сосудах одинаковы, то вода течь не будет. Аналогично, если на концах участка электрической цепи отсутствует напряжение, то тока в участке не будет.
Чем больше разница уровней воды в сосудах, тем большую работу выполнит сила тяжести при падении воды массой 1 кг. Соответственно чем больше напряжение на концах участка цепи, тем большую работу выполнит электрическая сила при перемещении заряда 1 Кл.
3. Измеряем напряжение, знакомимся с вольтметром
Для измерения напряжения используют прибор, который называется вольтметр (рис. 28.1). Вольтметр очень похож на амперметр — и внешне, и по принципу действия.
Рис. 28.1. Некоторые виды вольтметров: а — школьный демонстрационный; б — школьный лабораторный
Как и любой измерительный прибор, вольтметр не должен влиять на значение измеряемой величины. В случае параллельного присоединения вольтметра к определенному участку электрической цепи значение напряжения на этом участке практически не изменяется.
Правила измерения напряжения вольтметром
1. Вольтметр присоединяют параллельно тому участку цепи, на котором необходимо измерить напряжение (рис. 28.2).
Рис. 28.2. Измерение вольтметром напряжения на лампе: а — общий вид; б — схема электрической цепи
2. Клемму вольтметра, возле которой стоит знак «+», следует соединять с проводом, идущим от положительного полюса источника тока; клемму со знаком «-» — с проводом, идущим от отрицательного полюса источника тока.
3. Для измерения напряжения на полюсах источника тока вольтметр присоединяют непосредственно к клеммам источника (рис. 28.3).
Рис. 28.3. Измерение вольтметром напряжения на полюсах источника тока
Учимся решать задачи
Задача. Напряжение на клеммах автомобильного аккумулятора равно 12 В. С какой высоты должен упасть груз массой 36 кг, чтобы сила тяжести выполнила такую же работу, какую выполняет электрическое поле, перемещая заряд 300 Кл по одной из электрических цепей автомобиля?
Анализ физической проблемы. По условию задачи работа силы тяжести равна работе электрического тока: А = Атока. Записав формулу для работы силы тяжести и формулу для работы тока, определим высоту падения груза.
Подводим итоги
Контрольные вопросы
1. Докажите, что если в проводнике течет ток, то электрическое поле выполняет работу. 2. Что называют напряжением на участке цепи? 3. По какой формуле определяют электрическое напряжение? 4. В каких единицах измеряют напряжение? 5. Дайте определение единицы напряжения. 6. Какой прибор используют для измерения напряжения? Какие правила необходимо соблюдать при измерении напряжения?
Упражнение № 28
1. На рис. 1 изображены шкалы разных вольтметров. Определите цену деления каждой шкалы и напряжение на каждом вольтметре.
Рис. 1
2. На рис. 2 изображена схема электрической цепи. Перенесите схему в тетрадь и покажите на ней, где следует присоединить вольтметр, чтобы измерить напряжение на лампе. Обозначьте полярность клемм вольтметра.
Рис. 2
3. Во время перемещения по участку цепи заряда, равного 3 Кл, электрическое поле выполнило работу 0,12 кДж. Определите напряжение на участке цепи.
4. Электрическое поле, перемещая по участку цепи заряд 60 Кл, выполняет такую же работу, какую выполняет сила тяжести при падении тела массой 200 г с высоты 360 м. Чему равно напряжение на участке?
5. На рис. 3 изображена схема электрической цепи. Определите работу электрического тока в лампе за 1 ч, если показания амперметра и вольтметра соответственно 0,5 А и 220 В.
Рис. 3
6. Воспользовавшись дополнительными источниками информации, составьте задачу на определение работы электрического тока в некотором электротехническом устройстве.
7. По графику зависимости силы упругости Fупр от удлинения х пружины определите жесткость k пружины (рис. 4). Зависит ли жесткость пружины от силы упругости? от удлинения пружины?
Рис. 4
Попередня
СторінкаНаступна
СторінкаЗміст
Цей контент створено завдяки Міністерству освіти і науки України
Школа 3 г.Нарьян-Мар — Школа 3 г.Нарьян-Мар
С 12 по 16 марта в школе прошла предметная неделя в начальных классах «Хочу всё знать!» Всю неделю в начальной школе все дети были заняты делом: учились, творили, играли, соревновались, обсуждали, переживали. Каждый ребенок являлся активным участником всех событий недели.
Каждый день недели был посвящен одному из школьных предметов. Выявлялись лучшие ученики по отдельным учебным дисциплинам.
В первый день на втором этаже школы был оформлен стенд «Предметная неделя в начальных классах», где размещалось название каждого дня и те мероприятия, которые проводились в течение дня. Также на стенде размещалась информация о победителях каждого конкурса по классам.
Первый день, День русского языка, прошёл под девизом «Думай, проверяй, пиши!».
Учитель – логопед Кечко М. Ю. подготовила и провела во всех классах викторину «Знаешь ли ты русский язык?». Так же среди учащихся был проведён конкурс «Лучший каллиграф».
Второй день, День математики, прошёл под девизом «Считай, смекай, отгадывай!».
В этот день учителя подготовили для учащихся математические газеты. Дети с удовольствием решали логические задачки, математические ребусы, шарады, соревновались в быстром счёте. Во 2 «б» классе в конкурсе «Призадумайся» победу одержал
В первых классах прошли конкурсы «Лучший счётчик» и «Оживи цифру». Цифры у первоклассников превращались в лебедей, принцесс, снеговиков. А лучшими счётчиками стали ученица 1 «а» класса Коткина Полина и ученик 1 «б» класса Кириллов Игорь. В конкурсе «Лучшая тетрадь по математике» выявлены победители и призёры в каждом классе.
«Читай, думай, рассказывай!» — девиз третьего дня, Дня читателя. Хозяйками этого дня стали библиотекарь школы Рочева Г.Г. и педагог – организатор Мустафаева Т. А.
Для учащихся 1-х классов была проведена викторина «Весёлый день с Сергеем Михалковым». Первоклассники путешествовали по станциям под весёлую песенку «Мы едем, едем, едем…». Оформлена выставка рисунков по произведениям С. Михалкова.
Учащиеся 2-3 классов читали рассказы М.М. Пришвина на мероприятии «Лесной писатель», угадывали голоса птиц, разгадывали кроссворд. Победителями стали Ляпунов Иван и Хозяинов Михаил, учащиеся 3 «б» класса.
Учащиеся 4 — х классов на литературном часе «Читаем сказки Горького» отвечали на вопросы викторины, по результатам которой определились победители:
Четвёртый день, День краеведения, прошёл под девизом «Хочу всё знать!». Это день развития любознательности и познавательного интереса к окружающему нас миру. Все учащиеся написали олимпиаду «Знатоки природы», в каждом классе определены победители и призёры.
Учащиеся 3 «а» класса посетили мероприятие «Погостите в тёплом чуме». Хозяйка чума рассказала ребятам, что такое «дом» оленевода, как его строить и почему важно, чтобы чум был мобильным сооружением. Учащиеся охотно слушали рассказ о традиционной ненецкой одежде и детских игрушках в тундре, угощались вкусным чаем.
Пятый день посвящён Дню искусства, девизом которого были слова «Мастери, рисуй, твори!».
2018 год в НАО объявлен Годом оленеводства. Учащимся предлагалось поучаствовать в конкурсе поделок и рисунков, сочинений и стихов «Родина…Родина… Тропы оленьи».
В течение всей недели пополнялась выставка рисунков, поделок, стихов и сочинений, которая была оформлена на 2 этаже школы.
Неделя начальных классов прошла успешно. Все проведённые мероприятия были хорошо подготовлены и с интересом восприняты детьми. Победители и призёры всех конкурсов получили свои заслуженные грамоты. Огромное спасибо всем педагогам и учащимся начальной школы!
Руководитель МО начальных классов Безумова О. Б.
Электрическое напряжение. Вольтметр. Электрические цепи. | Поурочные планы по физике 8 класс
Цель: ввести понятие напряжения и познакомить учащихся с единицей измерения напряжения. Побуждать учащихся к преодолению трудностей в процессе умственной деятельности, воспитать интерес к физике.
Демонстрации: электрическая схема с лампочками от карманного фонарика и осветительной сети; измерение напряжения вольтметром. Ознакомить с назначением и условным обозначением цепи, научить собирать простейшие электрические цепи
Ход урока
I. Организационный момент
II. Проверка знаний
Чтобы проверить степень усвоения знаний по теме можно в начале урока провести самостоятельную работу по карточкам с разноуровневыми заданиями, например:
Уровень 1
1. Сколько у источника тока полюсов? Какие бывают полюсы?
2. Какие источники тока вы знаете?
Уровень 2
1. Почему тепловое движение электронов в проводнике не может быть названо электрическим током?
2. Могут ли жидкости быть проводниками? Диэлектриками? Приведите примеры.
Уровень 3 .
1. По спирали электролампы проходит 540 Кл электричества за каждые 5 мин. Чему равна сила тока в лампе?
2. При электросварке сила тока достигает 200 А. Какой электрический заряд проходит через поперечное сечение электрода за 1 мин?
Уровень 4
1. Скорость направленного движения электронов в металлическом проводнике очень мала, составляет доли миллиметра в секунду.
2. Гальванометр показывает наличие тока, если к его зажимам присоединить стальную и алюминиевую проволоки, а вторые концы воткнуть в лимон или яблоко. Объясните это явление.
3. Во включенном в цепь приборе сила тока равна 8 мкА. Какое количество электричества проходит через этот прибор в течение 12 мин?
III. Изучение нового материала
План изложения нового материала:
1. Показать, что напряжение характеризует электрическое поле, созданное источником,
2. Напряжение на участке электрической цепи.
3. Единица напряжения — вольт.
4. Сборка электрической цепи (фронтальный эксперимент).
5. Условные обозначения составляющих электрической цепи.
1. О силе тока можно судить либо по показанию амперметра, либо по
действию тока. Например, чем больше накалена нить лампы, тем больший ток проходит по цепи.
— От каких же факторов зависит сила тока в цепи?
Проведем опыт: замкнем цепь на один аккумулятор и обратим внимание на величину тока в цепи. Если последовательно увеличивать число аккумуляторов, ток в цепи увеличивается.
Вывод: сила тока в цепи зависит от какой-то величины, связанной с источником тока.
Поскольку источник тока создает электрическое поле в цепи, а ток, возникающий в цепи под действием этого электрического поля, оказывается не одинаковой величины, то и электрическое поле различных источников будет разным. Электрическое поле действует с определенной силой на за-, ряженные частицы. Чем больше величина этой силы, тем больше будет скорость направленного движения заряженных частиц. Это означает, что через поперечное сечение проводника пройдет в единицу времени большее число заряженных частиц и будет перенесен больший электрический заряд, то есть пройдет больший ток.
Действующее в цепи электрическое поле характеризуется особой величиной, называемой напряжением электрического поля или просто
Напряжение — это физическая величина, характеризующая действие электрического поля на заряженные частицы.
2. Напряжение на участке электрической цепи. — Как же мы можем судить о напряжении?
Собираем схему, в которую включены последовательно две лампочки. Одна — рассчитанная на напряжение 220 В, а другая — от фонарика, рассчитанная на 4,5 В. Ток в обеих лампочках будет примерно одинаков, а следовательно, через лампочки протекает в единицу времени одно и то же количество электричества. Однако осветительная лампочка излучает света во много раз больше, чем лампочка для карманного фонаря. Очевидно, для прохождения некоторого количества электричества через осветительную лампу требуется большее количество энергии, чем при протекании заряда через лампочку от карманного фонарика. То есть работа электрического тока в первой лампочке больше, чем во второй. О величине работы можно судить по различию в напряжении.
Напряжение показывает, какую работу совершает электрическое поле по перемещению единицы заряда на данном участке цепи:
3. Единица напряжения — вольт (В).
Вольт равен такому электрическому напряжению между двумя точками цепи, при котором работа по перемещению электрического заряда в 1 Кл на этом участке равна 1 Дж
4. Изложение нового материала начинается с повторения.
В источнике тока за счет энергии неэлектрического происхождения совершается работа по разделению заряженных частиц. При разделении возникает электрическое поле, которое обладает энергией. Это поле может совершать работу. Чтобы ток существовал, необходимо, кроме поля, наличие замкнутой цепи, в которую включаются потребители энергии электрического тока. Далее знакомство с элементами электрической цепи.
На доске вычерчивается схема простейшей цепи.
В простейших случаях электрическая цепь состоит из: а) источника тока; б) системы соединительных проводов и управляющих устройств; в) потребителя электрической энергии.
Даются практические указания по сборке электрической цепи. Учащиеся самостоятельно составляют простейшую цепь по заданной схеме.
Вопросы классу:
Каково назначение источника тока в электрической цепи?
— Какие источники электрического тока вам известны? Каково их назначение? Какую электрическую цепь называют замкнутой? Разомкнутой?
5. Умение чертить схемы электрических цепей и читать готовые схемы вырабатывается у школьников в результате упражнений, которые проводят как на данном уроке, так и на последующих уроках. Полезны задания по составлению схем электропроводки, например:
— Начертите схему цепи, содержащей источник тока и две электрические лампы, каждую из которых включают своим выключателем. Нарисуйте схему соединения батарейки, лампочки, звонка и двух ключей, при которой лампочка загорается при включении звонка, но может быть включена и при неработающем звонке. Нарисуйте схему соединения батарейки, двух лампочек и трех ключей, при которой включение и выключение каждой лампочки производится «своим» ключом, а размыкание третьего ключа позволяет отключить обе лампочки.
IV. Закрепление изученного
Вопросы для закрепления:
— Из какого опыта следует необходимость введения понятия напряжения?
— Какой физической величиной пользуются для измерения напряжения?
Какое напряжение используют в осветительной сети? Напряжение в сети 100 В. Что это означает?
Если в конце урока остается время, его желательно посвятить разбору простых задач по изученной теме:
Задача 1
При прохождении одинакового количества электричества в одном проводнике совершена работа 100 Дж, а в другом — 250 Дж. На каком проводнике напряжение больше? Во сколько раз?
адача 2
Определите напряжение на участке цепи, если при прохождении по нему заряда в 15 Кл током была совершена работа 6 кДж.
Задача 3
При переносе 60 Кл электричества из одной точки электрической цепи в другую за 12 мин совершена работа 900 Дж. Определите напряжение и силу тока в цепи.
Домашнее задание
§ 37 учебника
Стресс (физика): определение, типы, единицы, формула
- Автор: Анум
- Последнее изменение 19-07-2022
- Автор Анум
- Последнее изменение 19-07-2022
Напряжение: Резиновая лента растягивается при приложении внешней силы, но резиновая лента восстанавливает свою первоначальную форму при снятии силы. Точно так же воздушный шар расширяется, когда в него нагнетается воздух, но воздушный шар возвращается к своей первоначальной форме, когда воздух выходит из него. При этом свойство баллона или вообще любого деформируемого объекта, в силу которого он после снятия деформирующей силы восстанавливает свою первоначальную конфигурацию, называется упругостью.
Но что заставляет объекты восстанавливать свою первоначальную форму или размер после устранения внешних сил? Это происходит из-за стресса. Напряжение в физике — это внутренняя сила, развиваемая на единицу площади внутри деформированного объекта. Эта внутренняя сила будет равна по величине и противоположна приложенной деформирующей силе.
St ress определяется как возвращающая сила, действующая на единицу площади тела . Таким образом, напряжение – это величина, описывающая величину сил, вызывающих деформацию на единицу площади.
Когда силы притягивают объект и вызывают удлинение, например растяжение эластичной ленты, мы называем это растягивающим напряжением. Когда силы вызывают сжатие объекта, мы называем это сжимающим напряжением. Объемные напряжения наблюдаются в теле, сжимаемом одинаково со всех сторон, например, в подводной лодке, погруженной под воду. В других ситуациях действующие силы могут быть ни растягивающими, ни сжимающими, но при этом вызывать заметную деформацию. Когда деформирующие силы действуют по касательной к поверхности объекта, мы называем их «сдвигающими» силами, а напряжение, которое они вызывают, называется напряжением сдвига.
Изучение концепций экзамена на Embibe
Формула для расчета напряжения
Напряжение в физических науках и технике – это сила, приходящаяся на единицу площади в материале, возникающая под действием внешних сил. Он дает точное описание и предсказание упругого, пластического и жидкостного поведения. Поскольку напряжение \(\left( \sigma \right)\) выражается как частное от силы, деленной на площадь, его формула может быть представлена как:
\(\sigma = \frac{F}{A}\) 99{\rm{\;Па}}\)
Виды стресса
Рис. Виды нагрузки
Стресс подразделяется на три типа:
1. Нормальное напряжение
2. Объемное напряжение
3. Касательное/тангенциальное напряжение
Практические экзаменационные вопросы
1. Нормальное напряжение
Нормальное напряжение возникает из-за сил, перпендикулярных площади поперечного сечения материала. Напряжение, создаваемое этими силами, приводит к изменению длины или объема тела. Оглядываясь назад, можно сказать, что это напряжение возникает, когда осевая сила нагружает элемент. Значение нормальной силы для любого призматического сечения – это просто сила, деленная на площадь поперечного сечения. Нормальное напряжение возникает, когда элемент подвергается растяжению или сжатию. Завязки воротника и колонны являются примерами чистых нормальных сил. Продольное напряжение является разновидностью нормального напряжения.
Рис. Нормальное напряжение
(i) Продольное напряжение : Продольное напряжение определяется как восстанавливающая сила на единицу площади, когда сила приложена к площади поперечного сечения цилиндрического тела. Рассмотрим цилиндр, который нам нужно деформировать. Если приложить силу перпендикулярно площади поперечного сечения, то в цилиндре возникает восстанавливающая сила в противоположном направлении. Эта восстанавливающая сила на единицу площади известна как продольное напряжение.
Продольное напряжение = восстанавливающая сила/площадь поперечного сечения
Рис. Продольное напряжение
Чтобы наблюдать увеличение длины, мы можем привязать тяжелый предмет к цилиндру с помощью ниток. Пусть начальная длина цилиндра равна \(L.\). После растяжения его длина увеличивается на \(\Delta L\) из-за напряжения. Поскольку происходит изменение длины, этот тип напряжения известен как продольное напряжение. Например, на рисунке ниже, если мы прикрепим коробку к цилиндру, по площади поперечного сечения цилиндра действует сила, заставляющая его растягиваться, и в результате происходит изменение длины цилиндра. .
Продольное напряжение может быть дополнительно классифицировано в зависимости от того, является ли объект, находящийся под напряжением, удлиненным или сжатым. Виды продольного напряжения:
- а. Напряжение сжатия
- b. Растягивающее напряжение
а. Напряжение сжатия : Когда происходит сокращение или уменьшение длины объекта из-за приложенной деформирующей силы, связанное с этим напряжение называется напряжением сжатия. Его также можно описать как силу, которая приводит к деформации материала, что приводит к уменьшению его объема. Например: когда игрушку сжимают или когда проволоку сжимают, толкая ее, создается сжимающее напряжение.
Рис. Напряжение сжатия
б. Напряжение растяжения : когда происходит увеличение длины или удлинение объекта из-за приложения внешней силы, связанное с этим напряжение называется напряжением растяжения. Мы можем легко наблюдать растягивающее напряжение в случае резиновой ленты.
Рис. Напряжение растяжения
Попытка пробных тестов
2. Объемное или объемное напряжениеОбъемное напряжение вызывает изменение объема объекта или среды и вызвано силами, действующими на тело со всех сторон, перпендикулярно его поверхности. Это происходит, когда силы действуют вдоль тела по всем измерениям равномерно. Поскольку они приводят к изменению объема, их называют объемными напряжениями. Равномерное давление со всех сторон водолаза равно объемному напряжению (или объемному напряжению)
.\({\rm{объемное напряжение}}\,{\rm{= сила/площадь}}\)
\({\rm{Сила}}\,{\rm{ = Давление}} \times {\rm{Площадь}}\)
Таким образом, Объемное напряжение \(= \frac{{{\rm{Давление}} \times {\rm{Площадь}}}}{{{\rm{Площадь}}}} = {\rm{Давление}}\ )
Рис. Объемное напряжение
3. Сдвиговое/тангенциальное напряжениеКогда сила действует параллельно поверхности объекта, возникает напряжение сдвига. Как правило, это составляющая напряжения, компланарная поперечному сечению материала. Это напряжение приводит к изменению формы тела
.- а. Напряжение сдвига в твердых телах возникает в результате скручивания металлического стержня вокруг продольной оси, как при затягивании винта.
- б. Напряжение сдвига в жидкостях возникает в результате таких действий, как течение жидкостей и газов по трубам, скольжение металлической поверхности по жидкой смазке и прохождение самолета через воздух.
- в. Напряжения сдвига, какими бы малыми они ни были, прикладываемые к соответствующим жидкостям, вызывают непрерывную деформацию или течение, когда слои жидкости перемещаются друг над другом с разными скоростями, как отдельные карты в разложенной колоде.
\({\rm{Сдвиг}}\,{\rm{напряжение = сила/площадь поверхности}}\)
Рис. Напряжение сдвига
Некоторые другие виды стресса
Давайте посмотрим на другие виды стресса:
- Разрывное напряжение : Минимальное значение напряжения, необходимое для разрыва проволоки, называется разрушающим напряжением.
Разрывное усилие фиксировано для материала, но разрывное усилие зависит от площади поперечного сечения проволоки.
\({\rm{Безопасность\,коэффициент = Разрушение\,напряжение / Рабочее\,напряжение}}\) - Термическое напряжение : Когда температура стержня, закрепленного на обоих концах, изменяется, возникающее напряжение называется тепловая нагрузка.
\({\text{Тепловой}}\,{\text{Стресс}} = \frac{F}{A} = \gamma \alpha \Delta \theta \)
Где \(\alpha = \) коэффициент линейное расширение материала стержня.
При изменении температуры газа, заключенного в сосуде, возникающее тепловое напряжение равно изменению давления \(\left( {\Delta p} \right)\) газа.
\({\text{Thermal}}\,{\text{Стресс}} = \Delta p = K\gamma \Delta \theta \)
\(K =\) объемный модуль упругости и \(\gamma = \) коэффициент объемного расширения газа и межатомная силовая постоянная, \(K = Y{r_0}\) (\({r_0} = \) межатомное расстояние). - Гидравлическое напряжение : Это восстанавливающая сила на единицу площади, когда жидкость воздействует на тело. Его можно визуализировать в случае с мячом, окунутым в озеро. За счет давления воды со всех сторон на мяч действует сила; мяч кажется слегка сжатым. Теперь из-за силы, действующей со стороны воды, внутри шара возникает возвращающая сила, равная по величине, но противоположная по направлению силе, действующей со стороны воды. Этот тип напряжения известен как гидравлический стресс.
Студенты также могут проверить:
Часто задаваемые вопросы о стрессе
Давайте рассмотрим некоторые часто задаваемые вопросы о стрессе:
Q1. Что такое деформация?
Ответ: Изменение формы из-за приложения силы называется деформацией. Известно, что даже минимальные силы вызывают некоторую деформацию. Деформации подвергаются объекты или физические среды под действием внешних сил, например, это может быть раздавливание, разрывание, сдавливание, скручивание, разрезание или растяжение объектов.
Q.2. Что такое напряжение в физике?
Ответ: Напряжение определяется как восстанавливающая сила, действующая на единицу площади материала.
Q.3. Что такое продольное напряжение?
Ответ: Продольное напряжение равно деформирующей силе на единицу площади. Продольная деформация – это отношение изменения длины к первоначальной длине.
Q.4. Что такое объемное напряжение?
Ответ: Объемное или объемное напряжение равно изменению давления. Объемная или объемная деформация представляет собой отношение изменения объема к первоначальному объему.
Q.5. Какое напряжение приводит к уменьшению длины объекта?
Ответ: Напряжение сжатия приводит к уменьшению длины объекта.
Q.6. Почему в материале возникает напряжение?
Ответ: При деформации тела межмолекулярное расстояние разделения изменяется от своего равновесного значения. Это приводит к возникновению межмолекулярных сил, восстанавливающих тело в исходное состояние после устранения деформирующих внешних сил. Сумма межмолекулярных восстанавливающих сил на единицу площади называется напряжением.
Q.7. Что такое единица напряжения в СИ?
Ответ: Напряжение измеряется в Паскалях. Один паскаль равен силе в один ньютон на один квадратный метр площади.
Q.8. Что такое касательное напряжение?
Ответ: Сдвиговое или касательное напряжение равно касательной деформирующей силе на единицу площади. Деформация сдвига — это угол, на который поворачивается размер, перпендикулярный граням под действием деформирующих сил.
Мы надеемся, что эта подробная статья о стрессе окажется для вас полезной. Если у вас есть какие-либо вопросы, связанные с этой статьей, отправьте нам сообщение через поле для комментариев ниже, и мы свяжемся с вами как можно скорее.
Сокращение глупых ошибок; Пройдите бесплатные пробные тесты, связанные со стрессом
Резюме – Гипертекст по физике
[закрыть]
- Обобщенный закон Гука
- стресс
- Напряжение представляет собой силу или комбинацию сил, распределенных по всему объекту, которые деформируют его.
- Напряжения принимают общую форму силы, деленной на площадь ( F / A ).
- Единицей напряжения в системе СИ является 9.0279 паскалей или ньютонов на квадратный метр [Па = Н/м 2 ]
- штамм
- Деформация — это любая деформация объекта, измеренная геометрически как часть некоторого исходного значения.
- Деформации принимают общую форму изменения одной геометрической величины, деленной на первоначальное значение этой величины или аналогичной величины с той же единицей измерения (∆ℓ/ℓ 0 , ∆ V / V 0 , так далее.).
- Деформации всегда являются безразмерными или безразмерными отношениями [м/м, м 3 /м 3 и т. д.]
- модуль (множественное число, модули)
- Напряжение прямо пропорционально деформации.
- Модуль упругости — это отношение некоторого напряжения к деформации, вызванной этим напряжением.
- Единицей СИ всех модулей упругости является паскалей или ньютонов на метр в квадрате [Па = Н/м 2 ], но гигапаскалей [1 ГПа = 10 9 Па].
- Модули упругости — это свойства материалов, а не объектов, сделанных из этих материалов.
- стресс
- Напряжение и сжатие
- стресс
- Напряжение растяжения — это нормальная сила на единицу площади (σ = F / A ), которая вызывает увеличение длины объекта.
- Напряжение сжатия – нормальная сила на единицу площади (σ = F / A ), что приводит к уменьшению длины объекта.
- штамм
- Деформация при растяжении — это частичное увеличение длины объекта (ε = ∆ℓ/ℓ 0 ) из-за растягивающего напряжения.
- Деформация сжатия — это частичное уменьшение длины объекта (ε = ∆ℓ/ℓ 0 ) из-за напряжения сжатия.
- модуль
- Модуль Юнга или Модуль упругости представляет собой отношение напряжения растяжения к деформации растяжения или напряжения сжатия к деформации сжатия.
- Символ модуля Юнга: E (для élasticité ) или Y (для Юнга).
F = E ∆ℓ A ℓ 0 σ = E ε
- Коэффициент Пуассона
- Осевая деформация в одном направлении обычно сопровождается поперечной деформацией в противоположном направлении.
- Напряжение растяжения делает объекты длиннее и тоньше.
- Напряжение сжатия делает объекты короче и толще.
- Отрицательное соотношение поперечного деформации (∆ Y / Y 0 или ∆ Z / Z 0 ) к осевой штамме (∆ x /3333333333333333333333333333333333333333333 гг. Коэффициент Пуассона .
- Символ отношения Поссиона: ν (nu).
ν = − ∆ г / г 0 = − ∆ z / z 0 ∆ x / x 0 ∆ х / х 0
- Символ отношения Поссиона: ν (nu).
- Осевая деформация в одном направлении обычно сопровождается поперечной деформацией в противоположном направлении.
- стресс
- Сдвиг
- стресс
- Касательное напряжение — это тангенциальная сила на единицу площади (τ = F / A ), которая вызывает смещение одной грани объекта параллельно противоположной грани.
- Напряжение сдвига превращает прямоугольники в параллелограммы.
- Касательное напряжение — это тангенциальная сила на единицу площади (τ = F / A ), которая вызывает смещение одной грани объекта параллельно противоположной грани.
- штамм
- Деформация сдвига — это частичное тангенциальное смещение относительно нормального расстояния между противоположными параллельными гранями (γ = ∆ x / y ), вызванное напряжением сдвига.
- Деформация сдвига представляет собой тангенс угла сдвига.
- Деформация сдвига — это частичное тангенциальное смещение относительно нормального расстояния между противоположными параллельными гранями (γ = ∆ x / y ), вызванное напряжением сдвига.
- модуль
- Модуль сдвига или модуль жесткости — отношение напряжения сдвига к деформации сдвига.
- Обозначение модуля сдвига G (для скольжения ) или S (для сдвига)
F = G ∆ x A y τ = G γ
- Обозначение модуля сдвига G (для скольжения ) или S (для сдвига)
- Модуль сдвига или модуль жесткости — отношение напряжения сдвига к деформации сдвига.
- стресс
- оптом
- стресс
- Давление — это сжимающее напряжение ( P = F /A), равномерно приложенное ко всем поверхностям объекта.
- Равномерное сжатие или распаковка изменяет объем объектов, но не их форму.
- Давление — это сжимающее напряжение ( P = F /A), равномерно приложенное ко всем поверхностям объекта.
- штамм
- Объемная деформация — это частичное изменение объема объекта (θ = ∆ V / V 0 ) из-за изменения давления.
- модуль
- Модуль объемного сжатия или модуль сжатия представляет собой отношение увеличения давления к относительному уменьшению объема.
- Символ объемного модуля K (для сжатие ) или B (для объемного).
.0413 В 0 P = Κ θ
- Символ объемного модуля K (для сжатие ) или B (для объемного).
- Обратная величина объемного модуля называется сжимаемостью .
- Символом сжимаемости является β (бета) или κ (каппа).
β = 1 К - Единицей сжимаемости в системе СИ является обратный паскаль [Па −1 ].
- Символом сжимаемости является β (бета) или κ (каппа).
- Модуль объемного сжатия или модуль сжатия представляет собой отношение увеличения давления к относительному уменьшению объема.
- стресс
Механика материалов: напряжения » Механика гибких конструкций
исследования
человек
курсы
блог
vimeo.com/video/75513868″ frameborder=»0″ webkitallowfullscreen=»» mozallowfullscreen=»» allowfullscreen=»»>
Добро пожаловать в Механику материалов. Этот курс основан непосредственно на основах, которые мы изучили в разделе «Статика» — расчете статического равновесия различных конструкций при различных нагрузках. В статике мы рассматриваем внешних сил , действующих на твердые тела . В действительности все тела являются деформируемыми и эти внешние силы создают внутренних напряжений . Ну а что такое стресс?
Напряжение — это мера внешней силы , действующей на площадь поперечного сечения объекта. Напряжение выражается в единицах силы на единицу площади: Н/м 2 (СИ) или фунт/дюйм 2 (США). Единицы СИ обычно называют Паскалями, сокращенно Па . Поскольку 1 Па неудобно мало по сравнению с напряжениями, которые испытывает большинство конструкций, мы часто сталкиваемся с 10 3 Па = 1 кПа (кило Паскаль), 10 6 Па = МПа (мега Паскаль) или 10 9 Па = ГПа (гига Паскаль).
Существует два типа напряжения, которое может испытывать конструкция: 1. Нормальное напряжение и 2. Напряжение сдвига . Когда сила действует перпендикулярно (или «нормально») к поверхности объекта, она создает нормальное напряжение. Когда сила действует параллельно поверхности объекта, возникает напряжение сдвига.
Рассмотрим светильник, подвешенный к потолку на веревке. Поперечное сечение веревки круглое, и вес света тянет вниз, перпендикулярно веревке. Эта сила действует на нормальное напряжение внутри веревки.
Хорошо, как мы пришли к этому уравнению. За кадром много предположений. На протяжении всего курса мы будем предполагать, что все материалы однородны, изотропны и эластичны. Мы также предположим, что объект «призматический», то есть поперечные сечения одинаковы по всей его длине (например, огурец призматический, а кабачок — нет). Все эти допущения позволяют утверждать, что объект будет деформироваться равномерно в каждой точке его поперечного сечения. Нормальное напряжение в точке поперечного сечения определяется как (с аналогичными уравнениями в направлениях x и y ). :
На каждый небольшой участок поперечного сечения действует одна и та же сила, и сумма всех этих сил должна равняться внутренней равнодействующей силе P . Если мы позволим ΔA перейти в dA, а ΔF перейти в dF, то мы можем просто проинтегрировать обе части уравнения и получить наше соотношение для нормального напряжения.
Это соотношение для нормального напряжения точнее представляет собой среднее нормальное напряжение , поскольку мы усреднили внутренние силы по всему поперечному сечению.
Стресс часто трудно понять, потому что его нелегко наблюдать. Как оказалось, помещение прозрачного объекта в кросс-поляризованный свет позволяет вам непосредственно наблюдать напряжение в материале, основываясь на концепции, называемой фотоупругостью:
Напряжение может действительно существовать в материале в отсутствие приложенной нагрузки. Это известно как остаточное напряжение, и его можно использовать для повышения прочности материалов, например, при изготовлении японского меча катана. И наоборот, нежелательные остаточные напряжения могут стимулировать рост трещин и привести к разрушению, как, например, при обрушении Серебряного моста в Западной Вирджинии в 1919 г.67. Пожалуй, самый яркий пример остаточного напряжения связан с быстрым охлаждением расплавленного стекла, известным как «Капля принца Руперта»:
Давайте посмотрим на другой пример. Рассмотрим болт, соединяющий две прямоугольные пластины, и растягивающую силу, перпендикулярную болту. Из диаграммы свободного тела мы видим, что приложенная извне сила оказывает силу, параллельную круглому поперечному сечению болта. Эта внешняя сила приводит к сдвиговому напряжению внутри болта.
Теперь формальные определения касательного напряжения принимают форму, аналогичную описанной выше. Рассмотрим касательное напряжение, действующее на z -грань элемента:
Касательное напряжение представляет собой напряжение, действующее по касательной к поперечному сечению, и принимает среднее значение:
Важно отметить, что напряжения мы только что описали средних напряжений . Мы предположили, что вся внешняя сила была равномерно распределена по площади поперечного сечения конструкции — это не всегда так, и мы будем пересматривать это предположение на протяжении всего курса.
Когда вы смотрите на элемент, подвергающийся сдвигу, все кажется немного сложнее. Рассмотрим небольшой кубический элемент внутри конструкции, подвергающейся сдвигу, как показано ниже.
Теперь равновесие требует, чтобы касательное напряжение, действующее на τ zy , сопровождалось касательными напряжениями в других плоскостях. Но давайте рассмотрим равновесие сил в направлении y . Зная, что сила может быть записана как напряжение (тау), умноженное на площадь (ΔxΔy), мы можем записать это равновесие сил как:
Поскольку площади куба по определению одинаковы, это означает, что τ zy = τ’ zy . Аналогичное равновесие сил в направлении z приводит к τ yz = τ’ yz . Рассмотрим момент равновесия относительно оси x . Зная, что мы можем записать силу, как раньше, и плечо момента будет Δz, этот баланс моментов будет равен:
Это простое соотношение говорит нам, что τ zy = τ yz, и, следовательно, все четыре напряжения сдвига имеют равные величины. , и должны быть направлены друг к другу или друг от друга на противоположных краях элемента. Эта взаимосвязь известна как «чистый сдвиг».
1.2 Коэффициент запаса прочностиИнженеры используют стресс для облегчения проектирования конструкций. Внешняя нагрузка и геометрия конструкции говорят нам, какое напряжение возникает внутри материала, но ничего не говорят нам о самом материале. Каждый материал имеет предельное напряжение — меру нагрузки, которую материал может выдержать до разрушения. Чтобы правильно спроектировать безопасную конструкцию, нам необходимо убедиться, что приложенное напряжение от внешней нагрузки никогда не превышает предельное напряжение материала. Часть сложности этой задачи заключается в том, что мы не всегда точно знаем, какова внешняя нагрузка – она может изменяться непредсказуемо, и конструкции приходится выдерживать неожиданно высокие нагрузки. Чтобы учесть эту неопределенность, мы включили в нашу конструкцию коэффициент безопасности . Коэффициент запаса прочности представляет собой просто отношение разрушающей нагрузки или напряжения к допустимой нагрузке или напряжению. Отказ или предельное значение — это свойство материала , тогда как допустимое значение определяется внешняя сила и геометрия конструкции.
В этой лекции мы ввели понятие стресса. Напряжение — это мера того, что материал чувствует приложенные извне силы. Это просто отношение внешних сил к площади поперечного сечения материала.