формула и физический смысл величины, правила безопасности и единицы измерения

Физика

12.11.21

14 мин.

При проектировании различных устройств необходимо рассчитывать характеристики электричества. Для этих целей применяется законы Ома (для участка и полной цепи), позволяющие вычислять ток, сопротивление и электрическое напряжение. Формулы связывают последние параметры, а также могут быть полезны при решении задач по физике, электротехнике и микросхемотехнике.

Оглавление:

• Правила безопасности
• Влияние электричества на организм
• Виды травм
• Физический смысл
• Формулы для вычислений
• Тождества для переменного тока

При проектировании различных устройств необходимо рассчитывать характеристики электричества. Для этих целей применяется законы Ома (для участка и полной цепи), позволяющие вычислять ток, сопротивление и электрическое напряжение.

Формулы связывают последние параметры, а также могут быть полезны при решении задач по физике, электротехнике и микросхемотехнике.

Подготовка к обучению

Ключевым моментом перед изучением характеристик электричества являются правила безопасности, четкое выполнение которых позволит не только избежать несчастных случаев, но и спасет жизнь. Однако для понимания процесса следует подробно выяснить пагубное влияние тока на организм человека. Если начинающий физик будет владеть этой информацией, то он усвоит правила очень быстро.

Правила безопасности

Безопасность выполнения работ с монтажом и демонтажем приборов, которые работают от электричества, играет очень важную роль при сохранении жизни и здоровья. К ним относятся следующие:

1. Работа осуществляется только с обесточенными элементами цепи.
2. Запрещается работать в сырых помещениях.
3. Рекомендуется использовать заземление. Его сопротивление не должно превышать 4 Ом.
4. Соблюдать порядок на рабочем месте.
5. При измерении величины напряжения и тока не касаться токоведущих частей.
6. Под ногами должен быть прорезиненый коврик, а на руках — диэлектрические перчатки.
7. Работу нужно выполнять с инструментом, ручки которого изолированы.
8. При выполнении работ с высокими значениями напряжения запрещено работать одному.

Это только часть самых важных правил. Главное — быть внимательным и обдумывать каждое действие. Опытные электрики рекомендуют также ознакомиться с пагубным воздействием электричества на организм человека.

Влияние электричества на организм

Люди, работающие с электричеством, знают, что его опасность заключается в невидимости. Однако некоторые пробуют наличие напряжения посредством прикосновения. Это плохая идея, которая может войти в привычку. Например, электрический прибор работает от напряжения, величина которого составляет 12 В.

Однако произошел пробой изоляции и величина возросла до 220 В. Человек прикасается и становится жертвой электрического удара или травмы.

Однако величина тока и напряжения для каждого индивида являются разными. Одного может ударить 36 В, а для другого оно не опасно. Причина заключается в электрическом сопротивлении тела, которое зависит от нескольких факторов:

1. Внешняя среда.
2. Психологическое состояние.
3. Толщина кожи на пальцах.
4. Текущее состояние здоровья.
5. Путь прохождения.

Существуют другие факторы, играющие важную роль при увеличении вероятности поражения человека электричеством.

К ним относятся следующие:

1. Напряжение.
2. Ток.
3. Частота.

В первом случае среднестатистический показатель равен 36 В. Ток бывает постоянным и переменным. Первый является наиболее опасным.

Это обусловлено постоянным воздействием на организм человека. Если он является переменным, то существует вероятность освободиться, поскольку у него существует амплитуда, изменяющаяся с течением времени.

Ученые провели исследования и выяснили, что сила тока, равная 100 мА, поражает сердечную мышцу. Если показатель находится в диапазоне от 50 до 90 мА, то происходит мышечный спазм и потеря сознания. Максимальное допустимое значение тока определяется экспериментальным путем. Оно индивидуально для каждого.

К телу человека подключается электрическая установка с плавным регулированием показателя при постоянном напряжении 10 В. Увеличение длится до появления первых признаков поражения. После этого величина фиксируется, а затем из нее вычитается 5 мА. Далее измеряется сопротивление человека. Расчет выглядит таким образом:

1. Максимальное допустимое значение тока (Imax): 80 мА.
2. Расчетная величина (во всех источниках может обозначаться «Iр»): Iр=Imax-5мА=80−5=75 мА.
3. Сопротивление человека (Rч): Rч=2,2 кОм.
4. Напряжение (U), которое является опасным для жизни: U=IpRч=0,075*2200=165 В.

Следовательно, опасным для человека с сопротивлением тела, которое равно 2,2 кОм, и током в 75 мА составляет 165 В.

Виды травм

При воздействии электричества на организм человека возникают травмы. Они классифицируются на такие виды:

1. Электрические ожоги — травмы, возникающие при тепловом воздействии тока на отдельный участок кожи.
2. Электрические знаки — изменение цвета (серый или бледно-серый) пораженной кожи при прямом контакте с токоведущей поверхностью.
3. Металлизация эпителия — травма, возникающая при коротком замыкании. В этом случае частицы расплавленного металла попадают вглубь кожи.
4. Механические — вид повреждения при сокращении мышц, после которого происходит падение.
5. Электроофтальмия — раздражающий эффект слизистой оболочки глаз, вызванный ярким светом (например, при сварке или образовании электрической дуги).
6. Электрический удар — серьезное поражение электричеством, приводящее к потере сознания, остановке сердечной мышцы, электрическому шоку, клинической и биологической смерти.

После выяснения пагубного влияния электричества на человека рекомендуется приступить к изучению определений, формул и законов, связывающих характеристики напряжения, тока и сопротивления.

Информация о напряжении

Напряжение — работа электрического тока, при которой происходит перемещение заряда из одной точки в другую. Оно имеет векторное направление. Электрическим током является движение заряженных элементарных частиц под воздействие электромагнитного поля.

Некоторые начинающие физики не знают, в чем измеряется напряжение. Знать это очень важно, поскольку элементы электрической цепи можно рассчитать неверно. Единицей измерения тока является ампер (А), а напряжения — вольт (В).

В последнем случае применяется вольтметр — прибор, измеряющий величину напряжения или разности потенциалов. Он подключается параллельно в систему. Например, нужно измерить его значение на лампочке накаливания. Для этого необходимо подключиться параллельно к ней, а не последовательно.

Физический смысл

Под физическим смыслом напряжения или разности потенциалов понимают работу, необходимую для перемещения точечного заряда в 1 Кл из одного места в другое. В этом случае переносится только положительный потенциал. При этом возникает электродвижущая сила (ЭДС), которая называется напряжением или разностью потенциалов.

Для понимания физического смысла следует рассмотреть более простой пример. Пусть существует некоторая система, состоящая из насоса, труб и крана. Насос — напряженность электрического поля, трубы — провода, а кран — сопротивление системы. При включении первого происходит закачивание воды. Если немного приоткрыть кран, то она польется маленькой струйкой. При открытии его полностью жидкость будет уходить более интенсивно.

Формулы для вычислений

Все формулы для расчетов построены на законах Ома. Их всего два: для участка и для всей цепи. Формулировка первого: ток, протекающий на искомом участке, прямо пропорционален U и обратно пропорционален R. Его математическая запись имеет такой вид: I=U/R. Из последнего получаются такие соотношения:

1. U=IR.
2. R=U/I.
3. P=IU=(I² )R=(U² )/R, где Р — мощность.

Для полной цепи закон формулируется иначе: ток I прямо пропорционален ЭДС (E) и обратно пропорционален алгебраической сумме внешнего R и внутреннего r сопротивлений. Следует отметить, что r — проводимость источника питания. Записывается он в таком виде: I=E/(R+r).

Физики вывели следующие соотношения, помогающие при расчетах:

1. Е=I (R+r).
2. R=(E/I)-r.
3. r=(E/I)-R.
4. Р=ЕI=(E² )/(R+r)=(R+r)I².

Однако ток бывает не только постоянный, но и переменный. Для него существуют другие правила и соотношения.

Тождества для переменного тока

Напряжение при переменном токе классифицируется на определенные виды. К ним относятся следующие:

1. Мгновенное или действующее — параметр, который измеряют приборы (Um).
2. Амплитудное — величина, характеризующее максимальную величину в определенный момент времени. Расчитывается по формуле с учетом угловой частоты (w), времени (t) и угла между фазами (f), который измеряется осциллографом: u (t)=Uмsin (wt+f).
3. Среднеквадратичное (Uq) — величина, вычисляемая по формуле: Uq=0,7073Uм).

Для расчета следует иметь знания об индуктивной Xl, емкостной Xc и резистивной R нагрузках. Первая — проводимость всех элементов, содержащих индуктивность (катушки, трансформаторы, электродвигатели). Во втором случае учитываются все емкостные радиодетали (варисторы и конденсаторы). Резистивная нагрузка включает все значения резисторов.

Полный импеданс цепи (Z) равен сумме всех элементов, содержащий активную, индуктивную и емкостную. Специалисты рекомендуют использовать такие формулы, необходимые для расчетов:

1. Xl=wL.
2. Хс=1/wC.
3. Z=R+Xc+Xl.
4. I=Uм/Z.
5. Uм=IZ.
6. Z=Uм/I.

Четвертая формула является законом Ома для участка цепи, которую следует применять при переменных токах.

Таким образом, при помощи формулы напряжения можно рассчитывать не только основные параметры электричества для постоянного и переменного токов, но и его допустимые величины для человека.

что такое, формула / Справочник :: Бингоскул

Напряжение в физике: что такое, формула

добавить в закладки удалить из закладок

Содержание:

Напряжение в физике бывает механическим и электрическим. В первом случае подразумевают силу, заставляющую частицы вещества оказывать друг на друга давление, а тело – испытывать деформацию. Во втором – разницу электрических потенциалов. Рассмотрим подробнее, что собой представляет электрическое напряжение, какой обозначается буквой, в чём измеряется. Научимся вычислять его.

Что называют электрическим напряжением

Представьте картину: на столе лежит положительно заряженная металлическая пластина, над ней висит шар с отрицательным зарядом. Необходимо перенести положительный заряд q из точки 1 в положение 2. Воспользуемся для этого путями с траекториями через точки 3–6. Совершаемая электрической силой работа не зависит от траектории, по которой перемещалась частица. Она одинакова при переносе заряда q из точки 1 в точку 2 любым путём – через точки 3–6. Действующая на заряд сила пропорциональна заряду: A/q, она одинакова для всех его носителей, находящихся в зоне действия одного электрического поля. Эта величина в физике называется электрическим напряжением или разностью потенциалов.

Напряжением называется скалярная величина, показывающая отношение работы, совершаемой электрическими силами по перемещению заряда q между точками 1 и 2 к величине самого заряда. Изменяется, согласно международной системе единиц, в вольтах – названа в честь итальянского учёного, основоположника электричества.

Если в быту говорят о напряжении на клемме или на конце провода, подразумевают разницу потенциалов между этой и иной точками. Последней условно приписывают нулевое значение.

Разновидности электрических напряжений

При описании сетей с переменным электрическим током применяют следующие значения напряжений:

• среднеквадратическое;
• активное;
• реактивное;
• средневыпрямленное;
• среднее;
• мгновенное – измеренное в данный момент в определённой точке;
• амплитудное – максимальное по модулю за весь период колебательных процессов значение;
• постоянное;
• переменное;
• импульсное.

Трёхфазные цепи отличаются: линейным и фазным значениями. Первое измеряется между фазными проводниками, второе – среднеквадратическое, измеряемое между фазами и нейтральным проводом. На электродвигателях, подсоединяемых к трёхфазным электросетям, указываются две величины: 220/380 В. Первая цифра актуальна при подключении мотора звездой – фазное значение напряжения, вторая – линейное.

Формула электрического напряжения

Напряжение в физике обозначается буквой U. Если за разницу потенциалов в точках 1 и 2 взять U₁₂, то совершаемая для перемещения заряженной частицы между ними работа равна: A = qU₁₂.

U₁₂ = A/q, здесь:

• A – совершаемая током работа по перемещению зарядов;
• q – электрический заряд.

Немецкий учёный Георг Ом ещё в XIX веке сделал открытие: сила тока на участке цепи пропорциональна приложенному к его концам напряжению, обратно пропорциональна сопротивлению этого участка цепи. Закон назван в честь учёного – законом Ома:

U = IR, где:

• I – сила протекающего по проводнику или участку цепи тока;
• R – сопротивление исследуемого участка, своего рода помехи.

Мы разобрались, что такое эл. напряжение в физике, как оно вычисляется. По ссылке можете ознакомиться с материалом об измерении характеристики вольтметром. (Как подключается вольтметр в электрическую цепь: пошаговая инструкция)

Поделитесь в социальных сетях:

21 октября 2021, 14:15

Физика

Could not load xLike class!

Определение, типы, единицы измерения, формулы, примеры

1. Физика
2. Деформация твердого тела
3. org/ListItem»> Напряжение

В физике напряжение — это сила, действующая на единицу площади материала. Действие стресса на организм называется деформацией. Стресс может деформировать тело. Какое усилие материала может быть измерено с помощью единиц напряжения. Стресс можно разделить на три категории в зависимости от направления деформирующих сил, действующих на тело. Давайте изучим их один за другим.

Содержание Единицы напряжения Виды стресса Резюме Практические вопросы

Что такое стресс?

Когда к объекту прикладывается деформирующая сила, объект деформируется. Чтобы вернуть объекту его первоначальную форму и размер, внутри объекта будет генерироваться противодействующая сила.

Эта восстанавливающая сила будет равна по величине и противоположна по направлению приложенной деформирующей силе. Мера этой восстанавливающей силы, создаваемой на единицу площади материала, называется напряжением.

Таким образом, напряжение определяется как «Восстанавливающая сила на единицу площади материала». Это тензорная величина. Обозначается греческой буквой σ . Измерено с использованием Паскаль или Н/м 2 . Математически выражается как –

 

\(\begin{array}{l}\sigma =\frac{F}{A}\end{array} \)

Где,

• F – возвращающая сила, измеренная в Ньютонах или Н.
• A – площадь поперечного сечения, измеренная в м2.
• σ — напряжение, измеренное в Н/м2 или Па.

Единицы измерения напряжения

Напряжение может быть выражено в нескольких единицах измерения. Обратитесь к приведенной ниже таблице для единиц измерения напряжения.

паскалей

Система единиц	Единицы напряжения
Основные единицы	кг. м -1 .с -2
СИ (производные единицы)	Н.м2
СИ (производные единицы)	Па или
СИ (мм)(производные единицы)	МПа или Н/(мм) 2
Единица измерения США (футы)	фунт-сила/фут 2
Единица измерения США (дюймы)	фунтов на квадратный дюйм (фунт-сила/дюйм 2 )

Типы напряжения

В физике существует несколько типов напряжения, но в основном оно подразделяется на две формы: нормальное напряжение и тангенциальное напряжение или напряжение сдвига. Некоторые типы стресса обсуждаются в пунктах ниже.

Нормальное напряжение:

Как следует из названия, напряжение называется нормальным напряжением, когда направление деформирующей силы перпендикулярно площади поперечного сечения тела. Длина провода или объем тела при изменении напряжения будут в норме. Нормальное напряжение можно далее разделить на два типа в зависимости от величины силы:

• Продольное напряжение
• Объемное напряжение или объемное напряжение

Продольное напряжение:

Рассмотрим цилиндр. Когда две площади поперечного сечения цилиндра подвергаются воздействию равных и противоположных сил, напряжение, испытываемое цилиндром, называется продольным напряжением.

Продольное напряжение = Деформирующая сила / Площадь поперечного сечения = F/A

Как следует из названия, когда тело находится под действием продольного напряжения-

• Деформирующая сила будет действовать по длине тела.
• Продольное напряжение приводит к изменению длины тела. Следовательно, тем самым он влияет на незначительное изменение диаметра.

Продольное напряжение либо растягивает объект, либо сжимает его по длине. Таким образом, его можно разделить на два типа в зависимости от направления деформирующей силы:

• Растягивающее напряжение
• Напряжение сжатия

Растягивающее напряжение

Если деформирующая сила или приложенная сила приводят к увеличению длины объекта, то результирующее напряжение называется растягивающим напряжением. Например: когда стержень или проволоку растягивают, тяня их с равными и противоположными силами (наружу) за оба конца.

Напряжение сжатия

Если деформирующая сила или приложенная сила приводят к уменьшению длины объекта, то результирующее напряжение называется напряжением сжатия. Например: когда стержень или проволоку сжимают/сжимают, толкая их с равными и противоположными силами (внутрь) с обоих концов.

Объемное напряжение или объемное напряжение

Когда деформирующая сила или приложенная сила действует со всех сторон, что приводит к изменению объема объекта, тогда такое напряжение называется объемным напряжением или объемным напряжением. Короче говоря, когда объем тела изменяется из-за деформирующей силы, это называется объемным напряжением.

Напряжение сдвига или касательное напряжение

Когда направление деформирующей силы или внешней силы параллельно площади поперечного сечения, напряжение, испытываемое объектом, называется напряжением сдвига или касательным напряжением. Это приводит к изменению формы тела

Резюме

Вкратце, стресс можно визуализировать как –

Практические вопросы по стрессу

Q1: Что такое стресс?

Ответ: Напряжение – это мера восстанавливающей силы на единицу площади.

Q2: Какова единица стресса?

Ответ: Единицей напряжения является паскаль или Н/м ² .

Q3: Каково влияние силы деформации?

Ответ: Сила деформации может изменить форму, объем или размер объекта.

Q4: Каково направление силы деформации в случае напряжения сдвига?

Ответ: Сила деформации параллельна площади поперечного сечения.

Q5: Какова природа восстанавливающей силы?

Ответ: Возвращающая сила равна по величине и противоположна по направлению деформирующей силе или внешней силе.

Q6: Назовите виды нормального стресса.

Ответ: Продольное напряжение и объемное или объемное напряжение являются двумя типами нормального напряжения.

Q7: Каково направление силы деформации в случае продольного напряжения?

Ответ: Деформирующая сила перпендикулярна площади поперечного сечения.

Q8: Назовите виды продольного напряжения.

Ответ: Напряжение растяжения и напряжение сжатия являются двумя типами продольного напряжения.

Q9: Определение продольного напряжения.

Ans: Напряжение, испытываемое объектом по его длине из-за наличия равных и противоположных деформирующих сил, перпендикулярных площади поперечного сечения, называется продольным напряжением.

Q10: Что делает объемное напряжение с объектом?

Ответ: Объемное напряжение приводит к изменению объема объекта.

Q11: Что влияет на объект касательное напряжение?

Ответ: Касательное напряжение приводит к изменению формы объекта.

Q12: Дайте определение касательному напряжению или напряжению сдвига.

Ответ: Когда направление деформирующей силы или внешней силы параллельно площади поперечного сечения, напряжение, испытываемое объектом, называется напряжением сдвига или касательным напряжением.

Q13: Дайте выражение для стресса и объясните термины.

Ответ: Выражение для напряжения имеет вид

F – возвращающая сила.

A – площадь поперечного сечения.

σ – напряжение.

Q14: Стержень растягивается за оба конца. Назовите вид напряжения, испытываемого стержнем.

Ответ: Напряжение растяжения.

Надеюсь, вы поняли тему Стресс, узнав, что такое стресс? Это формула, единицы напряжения, типы напряжения, такие как нормальное напряжение, напряжение сдвига или касательное напряжение, продольное напряжение, объемное напряжение или объемное напряжение, растягивающее напряжение, сжимающее напряжение.

Темы, связанные с физикой:

Следите за новостями BYJU’S, чтобы не пропустить другие интересные статьи. Кроме того, зарегистрируйтесь в «BYJU’S-The Learning App», чтобы получить множество интерактивных, увлекательных видеороликов по физике и неограниченную академическую помощь.

Проверьте свое понимание этой концепции, ответив на несколько вопросов MCQ. Нажмите «Начать викторину», чтобы начать!

Выберите правильный ответ и нажмите кнопку «Готово».
Проверьте свои баллы и ответы в конце викторины

Поздравляем!

Посетите BYJU’S для всех вопросов, связанных с физикой и учебных материалов Механика тонких конструкций

---

исследования

человек

курсы

блог

---

Добро пожаловать в раздел «Механика 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 твердых тел . 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 испытывают большинство конструкций, мы часто будем сталкиваться с 10 ³ Па = 1 кПа (килоПа), 10 ⁶ Па = МПа (мега Паскаль), или 10 ⁹ Па = ГПа (гига Паскаль).

Существует два типа напряжений, которым может подвергаться 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 является более точным средним нормальным напряжением , 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 – это напряжение, действующее по касательной к поперечному сечению, и оно принимает среднее значение:

Важно отметить, что напряжения мы только что описали средние напряжения . 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 и прежде, 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 прочности

Инженеры 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 обеспечить, чтобы приложенное напряжение от внешней нагрузки никогда не превышало предельное напряжение материала.   Часть сложности этой задачи заключается в том, что мы не всегда точно знаем, какова внешняя нагрузка — она может непредсказуемо меняться, 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.