USAHA BIASA: APA ITU, BAGAIMANA IA DIKIRA, CONTOH - FIZIKAL - 2026

The tegasan normal digunakan untuk bahan tertentu, juga dikenali sebagai tekanan ekapaksi, hubungan yang wujud di antara daya yang dikenakan tegak lurus di atas permukaan yang tertentu dan luas keratan rentas di mana ia bertindak, atau beban per unit luas. Secara matematik, jika P adalah besarnya daya dan A adalah kawasan di mana ia digunakan, tegasan σ adalah nilai tambah: σ = P / A.

Unit tekanan normal dalam Sistem Antarabangsa adalah newton / meter ² , yang dikenali sebagai Pascals dan disingkat Pa. Ini adalah unit tekanan yang sama. Unit lain yang sering muncul dalam literatur ialah pound / inci ² atau psi.

Gambar 1. Batu sentiasa tertekan kerana aktiviti tektonik, menyebabkan ubah bentuk pada kerak bumi. Sumber: Pixabay.

Dalam Rajah 2 dua daya dengan magnitud yang sama digunakan tegak lurus ke kawasan keratan rentas, memberikan daya tarikan yang sangat ringan pada batang yang cenderung memanjang.

Kekuatan ini menghasilkan tegangan normal yang juga disebut beban paksi berpusat, kerana garis tindakannya bertepatan dengan paksi paksi, di mana centroid berada.

Gambar 2. Palang yang ditunjukkan dikenakan daya tegangan. Sumber: buatan sendiri.

Usaha, sama ada biasa atau sebaliknya, terus menerus muncul secara semula jadi. Di litosfera, batuan mengalami graviti dan aktiviti tektonik, mengalami ubah bentuk.

Dengan cara ini, struktur seperti lipatan dan kerosakan berasal, kajiannya penting dalam eksploitasi mineral dan kejuruteraan awam, untuk pembinaan bangunan dan jalan raya, untuk menamakan beberapa contoh.

Bagaimana ia dikira?

Persamaan yang diberikan pada awal σ = P / A memungkinkan untuk mengira purata tekanan normal di kawasan yang dimaksudkan. Nilai P adalah besarnya daya yang dihasilkan pada kawasan yang dikenakan ke pusat dan cukup untuk banyak situasi sederhana.

Dalam kes ini, pengagihan daya adalah seragam, terutama pada titik yang jauh dari tempat bar dikenakan tegangan atau mampatan. Tetapi jika anda perlu mengira tekanan pada titik tertentu atau daya tidak dibahagikan secara seragam, anda harus menggunakan definisi berikut:

Jadi secara amnya, nilai tekanan pada titik tertentu mungkin berbeza dengan nilai purata. Sebenarnya usaha itu mungkin berbeza-beza bergantung pada bahagian yang perlu dipertimbangkan.

Ini digambarkan dalam gambar berikut, di mana daya tegangan F cuba memisahkan bar keseimbangan dalam bahagian mm dan nn.

Rajah 3. Pembahagian daya normal di bahagian bar yang berlainan. Sumber: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Normal_stress.svg#/media/File:Normal_stress.svg

Oleh kerana bahagian nn sangat dekat dengan daya F ke bawah digunakan, pengagihan daya di permukaan tidak sepenuhnya homogen, semakin rendah daya semakin jauh dari titik itu. Taburannya sedikit lebih homogen pada bahagian mm.

Walau apa pun, usaha normal selalu cenderung untuk meregangkan atau memampatkan dua bahagian badan yang berada di kedua-dua sisi pesawat tempat mereka bertindak. Sebaliknya, daya lain yang berbeza, seperti ricih, cenderung menggantikan dan memisahkan bahagian-bahagian ini.

Hukum Hooke dan tekanan biasa

Hukum Hooke menyatakan bahawa dalam had elastik, tekanan normal berkadar terus dengan ubah bentuk yang dialami oleh bar atau objek. Kalau macam itu:

Pemalar berkadar menjadi modulus Young (Y):

σ = Y. ε

Dengan ε = ΔL / L, di mana ΔL adalah perbezaan antara panjang akhir dan awal, iaitu L.

Modulus Young atau modulus keanjalan adalah ciri bahan, yang dimensinya sama dengan tekanan, kerana regangan unit tidak berdimensi.

Kepentingan tekanan dalam kekuatan bahan dan geologi

Menentukan bagaimana bahan tahan terhadap tekanan adalah sangat penting. Untuk struktur yang digunakan dalam pembinaan bangunan, dan juga dalam reka bentuk bahagian untuk peranti yang berlainan, mesti dipastikan bahawa bahan yang dipilih memenuhi fungsinya dengan secukupnya.

Atas sebab ini, bahan dianalisis secara menyeluruh di makmal dengan menggunakan ujian yang bertujuan untuk mengetahui berapa daya yang dapat mereka tahan sebelum cacat dan pecah, sehingga kehilangan fungsinya. Berdasarkan ini, keputusan dibuat mengenai apakah mereka sesuai atau tidak untuk membuat bahagian tertentu atau membentuk bahagian dari peranti.

Saintis pertama yang mengkaji kekuatan bahan secara sistematik dipercayai adalah Leonardo Da Vinci. Dia meninggalkan bukti ujian di mana dia menentukan ketahanan wayar dengan menggantung batu dengan berat yang berbeza di atasnya.

Dalam usaha itu, baik kekuatan dan dimensi struktur dan cara penggunaannya adalah penting, untuk menetapkan had di mana bahan tersebut mempunyai tingkah laku elastik; iaitu, ia kembali ke bentuk semula apabila usaha itu berhenti.

Dengan hasil ujian ini, keluk tegangan tegangan dibuat untuk pelbagai jenis bahan, seperti keluli, konkrit, aluminium dan banyak lagi.

Contoh

Dalam contoh berikut, diasumsikan bahawa daya dibagikan secara seragam, dan bahannya homogen dan isotropik. Ini bermaksud bahawa sifatnya sama dalam kedua-dua arah. Oleh itu adalah sah untuk menerapkan persamaan σ = P / A untuk mencari daya.

-Latihan 1

Dalam rajah 3, diketahui bahawa tekanan biasa yang normal pada bahagian AB mempunyai magnitud 48 kPa. Cari: a) Besarnya daya F yang bertindak pada CB, b) Usaha pada bahagian BC.

Rajah 4. Tekanan normal pada struktur contoh 1..

Penyelesaian

Oleh kerana strukturnya berada dalam keseimbangan statik, menurut undang-undang kedua Newton:

PF = 0

Tekanan normal pada bahagian AB mempunyai magnitud:

σ _AB = P / A _AB

Dari mana P = σ _AB . A _AB = 48000 Pa. (40 x 10 ^-2 m) ² = 7680 N

Oleh itu F = 7680 N

Tekanan normal pada bahagian BC adalah hasil antara magnitud F dan luas keratan rentas sisi itu:

σ _BC = F / A _BC = 7680 N / (30 x 10 ^-2 m) ² = 85.3 kPa.

-Latihan 2

Panjang dawai 150 m dan diameter 2.5 mm diregangkan dengan daya 500 N. Cari:

a) Tekanan membujur σ.

b) ubah bentuk unit, mengetahui bahawa panjang akhir adalah 150.125 m.

c) Modulus keanjalan Y wayar ini.

Penyelesaian

a) σ = F / A = F / BCr ²

Jejari wayar adalah separuh diameter:

r = 1.25 mm = 1.25 x 10 ^-3 m.

Kawasan penampang adalah BCr ² , jadi tekanannya adalah:

σ = F / π.r ² = 500 / (π. (1.25 x 10 ^-3 ) ² Pa = 101.859,2 Pa

b) ε = Δ L / L = (Panjang akhir - Panjang permulaan) / Panjang permulaan

Oleh itu:

ε = (150.125 - 150) / 150 = 0.125 / 150 = 0.000833

c) Modulus wayar Young dipecahkan dengan mengetahui nilai ε dan σ yang dikira sebelumnya:

Y = σ / ε = 101859.2 Pa / 0.000833 = 1.22 x 10 ⁸ Pa = 122 MPa.

Rujukan

1. Beer, F. 2010. Mekanik bahan. 5hb. Edisi. Bukit McGraw. 7 - 9.
2. Giancoli, D. 2006. Fizik: Prinsip dengan Aplikasi. 6 ^{t th} Ed. Prentice Hall. 238-242.
3. Hibbeler, RC 2006. Mekanik bahan. Ke-6. Edisi. Pendidikan Pearson. 22 -25
4. Valera Negrete, J. 2005. Catatan mengenai Fizik Umum. UNAM. 87-98.
5. Wikipedia. Tekanan (Mekanik). Dipulihkan dari: wikipedia.org.