Как обозначается напряжение в физике: Электрическое напряжение — урок. Физика, 8 класс. — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Содержание

Электрическое напряжение. Определение, объяснение простыми словами, единица измерения, формула

Одним из самых фундаментальных терминов в электротехнике является термин «электрическое напряжение». В этой статье мы объясним, что это такое и как его рассчитать.

Объяснение простыми словами

Электрическое напряжение U является той самой причиной, которая «заставляет» протекать электрический ток I. Электрическое напряжение всегда возникает, когда заряды разделены друг от друга, то есть все отрицательные заряды на одной стороне, а все положительные — на другой. Если соединить эти две стороны электропроводящим материалом, потечет электрический ток.

Общепринятое определение термина «электрическое напряжение».

Электрическое напряжение (или просто напряжение) — это разность потенциалов между двумя точками в электрическом поле. Это движущая сила для электрического заряда.

Потенциал в электрическом поле — это энергия заряженного тела, не зависящая от его электрического заряда. Для пояснения вы можете посмотреть на сравнение с водяным контуром чуть ниже в статье.

Есть другое определение (из учебника по физике 8 класса):

Напряжение — это физическая велuчuна, характеризующая электрическое поле. Электрическое напряжение между двумя точками электрического поля численно равно работе, совершенной при переносе между ними заряда 1 Кл силами электрического поля.

Сравнение с использованием модели протекания воды.

Хорошей аналогией, которая поможет вам представить себе электрическое напряжение и потенциал, является водяной контур. В этой схеме у вас есть два бассейна на разной высоте, которые соединены трубой. В этой трубе вода может перетекать из верхнего бассейна в нижний. Затем вода перекачивается обратно в верхний бассейн с помощью насоса, как показано на рисунке ниже.

Электрическое напряжение — сравнение с использованием модели протекания воды

В своих размышлениях вы теперь легко можете сравнить насос с источником электрического напряжения. Кроме того, поток воды можно сравнить с электрическим током. Насос транспортирует воду из нижнего бассейна в верхний. Оттуда она самостоятельно течет обратно в нижний бассейн. В данном примере насос является приводом для потока. Чем больше разница в высоте, тем сильнее поток. Решающим фактором является потенциальная энергия верхнего бассейна. Вы можете сравнить разность энергий двух бассейнов с разностью электрических потенциалов. Проще говоря, большая разница в высоте соответствует большему электрическому напряжению.

Формула

Формула для электрического напряжения U, согласно закона Ома для участка цепи, имеет вид

U = R * I .

Как видно из этой формулы, если электрическое напряжение остается неизменным, то чем больше электрическое сопротивление (R), тем меньше сила тока (I).

Другая формула для расчета электрического напряжения такова:

U = P / I .

То есть электрическое напряжение U равно мощности деленной на силу тока I.

Единица измерения электрического напряжения

Единицей измерения электрического напряжения в СИ является Вольт, сокращенно В (в честь итальянского учёного А. Вольта).

1 вольт (1 В) — это напряжение между двумя точками электрического поля, при переносе между которыми заряда 1 Кл совершается работа 1 Дж.

[U] = 1 В

Теперь вы можете объяснить смысл надписи 4,5 В или 9 В на круглой или плоской батарейке. Смысл в том, что при переносе с одного полюса источника на другой (через спираль лампочки или другой проводник) заряда 1 Кл силами электрического поля может быть совершена работа соответственно 4,5 Дж или 9 Дж.

В электротехнике напряжение может варьироваться от микровольт (1 мкВ = 1 * 10^-6 В) и миливольт (1 мВ = 10^-3 В), до киловольт (1 кВ = 1 * 10³ В) и мегавольт (1 МВ = 10⁶ В)

Вы можете преобразовать отдельные единицы измерения следующим образом:

1 В = 1000 мВ, 1 мВ = 1000 мкВ, 1 МВ = 1000 кВ, 1 кВ = 1000 В.

Электрическое напряжение в цепи

Для источников напряжения в схемах обычно используется один из следующих символов.

Источники напряжения и электрическая цепь

Источник напряжения всегда имеет два соединения/полюса. Полюс «плюс» и полюс «минус». Само напряжение обозначено стрелкой напряжения (U_Q). Для источников оно всегда отображается от плюса к минусу.

Электрическое напряжение, падающее на резисторе, также можно обозначить стрелкой напряжения (на схеме обозначена как красная стрелка U_R ). Это указывает на техническое направление электрического тока.

Также часто можно услышать термин «напряжение холостого хода» или «напряжение источника». Это выходное напряжение ненагруженного источника, т.е. источника, к которому ничего не подключено. Если цепь замкнута с нагрузкой, то можно измерить только напряжение на полюсах источника.

Электрические напряжения при последовательном и параллельном соединении

У нас уже есть статья о последовательном и параллельном соединении проводников, в котором мы обсуждаем эту тему более подробно. Поэтому здесь мы рассмотрим лишь некоторые основы.

При последовательном соединении компоненты подключаются в ряд.

Электрическое напряжение при последовательном соединении

Здесь электрическое напряжение источника делится на резисторы. Этот момент также описывается вторым правилом Кирхгофа. Здесь применимо следующее:

U_Q = U₁ + U₂ + U₃

то есть напряжение источника равно сумме электрических напряжений на отдельных резисторах. Напряжение источника по-разному распределяется по разным резисторам.

В электрической цепи с параллельным соединением компоненты расположены, соответственно, параллельно друг относительно друга. Это можно увидеть на следующей схеме.

Электрическое напряжение в параллельной цепи

Здесь гораздо проще определить электрические напряжения на резисторах, так как при параллельном соединении:

U_Q = U₁ = U₂ = U₃

Поэтому электрическое напряжение на резисторах такое же высокое, как и электрическое напряжение источника.

Измерение электрического напряжения

Приборы для измерения напряжения, также называемые вольтметрами, всегда подключаются параллельно потребителю, на котором необходимо измерить электрическое напряжение.

Одним из наиболее часто используемых вольтметров является цифровой мультиметр (DMM), поэтому мы покажем вам процедуру измерения напряжения с помощью DMM. Сначала необходимо установить тип электрического напряжения (DC — постоянный ток или AC — переменный ток).

Для постоянного тока необходимо обратить внимание на правильную полярность, т.е. подключить плюс к положительному полюсу. На следующем этапе необходимо выбрать правильный диапазон измерения. Если вы не можете оценить, насколько велика измеряемая величина, установите наибольший возможный диапазон и двигайтесь от него вниз, пока не найдете нужный. Наконец, вам нужно только «считать» электрическое напряжение прибором.

Примеры типовых значений электрического напряжения

Для некоторых применений соответствующее электрическое напряжение можно найти в таблице ниже.

Светодиод	1,2 — 1,5 В
Зарядное устройство USB	5 В
Напряжение автомобильного аккумулятора	12, 4 — 12,8 В
Напряжение в розетке (среднеквадратичное или действующее значение)	230 В
Высоковольтные линии электропередач (ЛЭП)	60 кВ — 1 МВ

Вы можете видеть, что на высоковольтных линиях присутствует напряжение до мегавольт. Такие большие электрические напряжения используются для того, чтобы уменьшить потери в длинных линиях.

Решающим фактором для потребителя является мощность P, которую можно рассчитать для постоянного напряжения с помощью формулы:

P = U * I

Это означает, что электрический ток I так же важен для потребителя, как и электрическое напряжение. Согласно закону Ома, зависимость между током и напряжением имеет вид:

U = R * I .

Если напряжение остается неизменным, сопротивление определяет величину тока. Чтобы проиллюстрировать это, представьте следующее. У вас есть три разных бассейна, которые заполнены одинаковым количеством воды. Каждый бассейн имеет слив, который различается по сечению, т.е. в одном бассейне сливная труба очень маленькая, а в другом — очень большая.

Постоянное электрическое напряжение можно определить по тому, что все емкости заполнены на одинаковую высоту. Если слив узкий в нижней части, он представляет собой большое сопротивление. Ток здесь может течь только медленно. Если сечение сливной трубы больше, то сопротивление меньше и, соответственно, может протекать больший ток.

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!

Стресс | физика | Британника

Похожие темы:: давление предел текучести напряжение сдвига геостресс предел текучести

См. всю связанную информацию →

напряжение , в физических науках и технике, сила на единицу площади в материалах, возникающая в результате внешних сил, неравномерного нагрева или остаточной деформации и позволяющая точно описать и предсказать упругие, пластические и жидкостное поведение. Напряжение выражается как отношение силы к площади.

Существует множество видов стресса. Нормальное напряжение возникает из-за сил, которые перпендикулярны площади поперечного сечения материала, тогда как напряжение сдвига возникает из-за сил, которые параллельны и лежат в плоскости площади поперечного сечения. Если стержень с площадью поперечного сечения 4 квадратных дюйма (26 квадратных см) тянут в длину с силой 40 000 фунтов (180 000 ньютонов) на каждом конце, нормальное напряжение внутри стержня равно 40 000 фунтов, деленных на 4 квадратных метра. дюймов, или 10 000 фунтов на квадратный дюйм (psi; 7 000 ньютонов на квадратный сантиметр). Это специфическое нормальное напряжение, возникающее в результате растяжения, называется растягивающим напряжением. Если две силы меняются местами, чтобы сжать стержень по всей его длине, нормальное напряжение называется напряжением сжатия. Если силы везде перпендикулярны ко всем поверхностям материала, как в случае тела, погруженного в жидкость, которая может сама сжиматься, нормальное напряжение называется гидростатическим давлением или просто давлением. Напряжение под поверхностью Земли, которое сжимает горные породы до большой плотности, называется литостатическим давлением.

Britannica Quiz

Физика и естественное право

Напряжение сдвига в твердых телах возникает в результате таких действий, как скручивание металлического стержня вокруг продольной оси, как при затягивании винта.

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. Напряжения сдвига, какими бы малыми они ни были, прикладываемые к истинным жидкостям, вызывают непрерывную деформацию или течение, когда слои жидкости движутся друг над другом с разными скоростями, как отдельные карты в разложенной колоде карт. Для напряжения сдвига см. Также модуль сдвига.

Реакция на напряжения внутри упругих твердых тел заставляет их возвращаться к своей первоначальной форме после прекращения действия приложенных сил. Предел текучести, обозначающий переход от упругого к пластическому поведению, представляет собой минимальное напряжение, при котором твердое тело подвергается остаточной деформации или пластическому течению без значительного увеличения нагрузки или внешней силы. Земля проявляет упругую реакцию на напряжения, вызванные землетрясениями, так как она распространяет сейсмические волны, в то время как она подвергается пластической деформации под поверхностью под большим литостатическим давлением.

Эта статья была недавно пересмотрена и обновлена Уильямом Л. Хошем.

12.4: Напряжение, деформация и модуль упругости (часть 1)

Последнее обновление
Сохранить как PDF

Идентификатор страницы: 4043

ОпенСтакс
ОпенСтакс

Цели обучения

Объяснить понятия напряжения и деформации при описании упругих деформаций материалов
Описывать виды упругой деформации предметов и материалов

Модель твердого тела представляет собой идеализированный пример объекта, не деформирующегося под действием внешних сил. Это очень полезно при анализе механических систем, ведь многие физические объекты действительно в значительной степени жесткие. В какой степени объект может быть 9Восприятие 0011 как жесткого зависит от физических свойств материала, из которого он изготовлен. Например, шарик для пинг-понга, сделанный из пластмассы, является хрупким, а теннисный мячик, сделанный из резины, упругим при воздействии сжимающих сил. Однако при других обстоятельствах и мячик для пинг-понга, и мячик для тенниса могут хорошо отскакивать как твердые тела. Точно так же тот, кто проектирует протезы конечностей, может приблизиться к механике человеческих конечностей, моделируя их как твердые тела; однако фактическое сочетание костей и тканей представляет собой эластичную среду.

В оставшейся части этого раздела мы переходим от рассмотрения сил, влияющих на движение объекта, к тем, которые влияют на форму объекта. Изменение формы из-за приложения силы известно как деформация. Известно, что даже очень малые силы вызывают некоторую деформацию. Деформации подвергаются предметы или физические среды под действием внешних сил, например, это может быть раздавливание, сдавливание, разрывание, скручивание, разрезание или растяжение предметов. На языке физики два термина описывают силы, действующие на объекты, подвергающиеся деформации: стресс и штамм .

Напряжение — это величина, описывающая величину сил, вызывающих деформацию. Напряжение обычно определяется как

сил на единицу площади . Когда силы притягивают объект и вызывают его удлинение, как растяжение эластичной ленты, мы называем такое напряжение растягивающим напряжением . Когда силы вызывают сжатие объекта, мы называем это сжимающим напряжением . Когда объект сжимается со всех сторон, как подводная лодка в глубинах океана, мы называем этот вид стресса объемное напряжение (или объемное напряжение ). В других ситуациях действующие силы могут быть ни растягивающими, ни сжимающими, но при этом вызывать заметную деформацию. Например, предположим, что вы крепко держите книгу между ладонями, затем одной рукой вы нажимаете и тянете переднюю обложку от себя, а другой рукой нажимаете и тянете заднюю обложку к себе.

ты. В таком случае, когда деформирующие силы действуют по касательной к поверхности объекта, мы называем их сдвиговыми силами, а вызываемое ими напряжение — 9{5}\; Па = 14,7\; psi \ldotp\]

Объект или среда под напряжением деформируются. Величина, описывающая эту деформацию, называется деформацией . Деформация задается как частичное изменение либо длины (при растягивающем напряжении), либо объема (при объемном напряжении), либо геометрии (при сдвиговом напряжении). Следовательно, деформация является безразмерным числом. Деформация при растяжении называется деформация растяжения , деформация при объемном напряжении называется объемная деформация (или объемная деформация 9).0012), а деформация, вызванная напряжением сдвига, называется деформацией сдвига .

Чем больше напряжение, тем больше деформация; однако связь между деформацией и напряжением не обязательно должна быть линейной. Только когда напряжение достаточно низкое, вызываемая им деформация прямо пропорциональна величине напряжения.

Константа пропорциональности в этом отношении называется модулем упругости . В линейном пределе низких значений напряжения общее отношение между напряжением и деформацией составляет
\[напряжение = (упругость\; модуль) \умножить на деформацию \ldotp \label{12.33}\]
Как видно из размерного анализа этого отношения, модуль упругости имеет ту же физическую единицу, что и напряжение, поскольку деформация безразмерна.
Мы также можем видеть из уравнения \ref{12.33}, что когда объект характеризуется большим значением модуля упругости, влияние напряжения невелико. С другой стороны, небольшой модуль упругости означает, что напряжение вызывает большую деформацию и заметную деформацию. Например, нагрузка на резиновую ленту вызывает большую деформацию (деформацию), чем такая же нагрузка на стальную ленту тех же размеров, потому что модуль упругости резины на два порядка меньше, чем модуль упругости стали.

Модуль упругости при растягивающем напряжении называется модулем Юнга ; объемное напряжение называется объемным модулем ; а то, что касается напряжения сдвига, называется модулем сдвига . Обратите внимание, что связь между напряжением и деформацией является наблюдаемой связью, измеренной в лаборатории. Модули упругости для различных материалов измеряются в различных физических условиях, таких как переменная температура, и собираются в таблицах технических данных для справки (Таблица \(\PageIndex{1}\)). Эти таблицы являются ценным справочным материалом для промышленности и всех, кто занимается проектированием или строительством. В следующем разделе мы обсудим отношения деформация-напряжение за линейным пределом, представленным уравнением \ref{12.33}, во всем диапазоне значений напряжения до точки разрушения. В оставшейся части этого раздела мы изучаем линейный предел, выраженный уравнением \ref{12.33}.

Таблица \(\PageIndex{1}\): приблизительные модули упругости для выбранных материалов
Материал Модуль Юнга × 10 ¹⁰ Па Объемный модуль × 10 ¹⁰ Па Модуль сдвига × 10 ¹⁰ Па
Алюминий 7,0 7,5 2,5
Кость (растяжение) 1,6 0,8 8,0
Кость (компрессия) 0,9
Латунь 9,0 6,0 3,5
Кирпич 1,5
Бетон 2,0
Медь 11,0 14,0 4,4
Краун 6,0 5,0 2,5
Гранит 4,5 4,5 2,0
Волосы (человеческие) 1,0
Твердая древесина 1,5 1,0
Железо 21,0 16,0 7,7
Свинец 1,6 4. 1 0,6
Мрамор 6,0 7,0 2,0
Никель 21,0 17,0 7,8
Полистирол 3,0
Шелк 6,0
Паутинная резьба 3,0
Сталь 20,0 16,0 7,5
Ацетон 0,07
Этанол 0,09
Глицерин 0,45
Меркурий 2,5
Вода 0,22
Растяжение или сжатие возникает, когда две антипараллельные силы одинаковой величины действуют на объект только в одном из его измерений таким образом, что объект не движется. Один из способов представить такую ситуацию показан на рисунке \(\PageIndex{1}\). Отрезок стержня либо растягивается, либо сжимается парой сил, действующих по его длине и перпендикулярно поперечному сечению. Суммарный эффект таких сил заключается в том, что стержень меняет свою длину по сравнению с первоначальной длиной L ₀, которое он имел до появления сил, на новую длину L, которую он имеет под действием сил. Это изменение длины \(\Delta\)L = L − L ₀ может быть либо удлинением (когда \(L\) больше исходной длины \(L_o\)) либо сокращением (когда L меньше исходная длина L ₀ ). Растягивающее напряжение и деформация возникают, когда силы растягивают объект, вызывая его удлинение, а изменение длины \(\Delta L\) является положительным. Сжимающее напряжение и деформация возникают, когда силы сжимают объект, вызывая его укорочение, а изменение длины \(\Delta L\) отрицательно.
В любой из этих ситуаций мы определяем напряжение как отношение деформирующей силы \(F_{\perp}\) к площади поперечного сечения A деформируемого объекта. Символ F _\(\perp\), который мы оставляем за деформирующей силой, означает, что эта сила действует перпендикулярно поперечному сечению объекта. Силы, действующие параллельно поперечному сечению, не изменяют длину объекта. Определение напряжения растяжения:
\[растяжение\; напряжение = \frac{F_{\perp}}{A} \ldotp \label{12.34}\]
Деформация при растяжении является мерой деформации объекта под действием растягивающего напряжения и определяется как частичное изменение длины объекта, когда объект подвергается растягивающему напряжению
\[растяжение\; деформация = \frac{\Delta L}{L_{0}} \ldotp \label{12.35}\]
Напряжение сжатия и деформация определяются по тем же формулам, уравнениям \ref{12.34} и \ref{12.35}, соответственно. Единственное отличие от ситуации растяжения заключается в том, что для сжимающего напряжения и деформации мы берем абсолютные значения правых частей в уравнении \ref{12.34} и \ref{12.35}.
Рисунок \(\PageIndex{1}\): Когда объект находится в состоянии растяжения или сжатия, результирующая сила, действующая на него, равна нулю, но объект деформируется, изменяя свою первоначальную длину L ₀ . (a) Натяжение: стержень удлиняется на \(\Delta\)L. (b) Сжатие: стержень сжимается на \(\Delta\)L. В обоих случаях деформирующая сила действует по длине стержня и перпендикулярно его поперечному сечению. В линейном диапазоне малых напряжений площадь поперечного сечения стержня не меняется.
Модуль Юнга \(Y\) — это модуль упругости, когда деформация вызвана напряжением растяжения или сжатия, и определяется уравнением \ref{12.33}. Разделив это уравнение на деформацию растяжения, получим выражение для модуля Юнга:
\[Y = \frac{растяжение\; стресс {растяжение \; деформация} = \ frac {\ frac {F _ {\ perp}} {A}} {\ frac {\ Delta L} {L_ {0}}} = \ frac {F _ {\ perp}} {A} = \ frac {L_{0}}{\Delta L} \ldotp \label{12.36}\]
Пример \(\PageIndex{1}\): Напряжение сжатия в колонне
Скульптура весом 10 000 Н опирается на горизонтальную поверхность на вершине вертикальной колонны высотой 6,0 м. Рисунок \(\PageIndex{1}\). Площадь поперечного сечения столба 0,20 м ², он изготовлен из гранита с массовой плотностью 2700 кг/м ³ . Найти напряжение сжатия в поперечном сечении, расположенном на 3,0 м ниже вершины целика, и величину деформации сжатия верхнего 3,0-метрового участка целика.
Рисунок \(\PageIndex{2}\): Колонна Нельсона на Трафальгарской площади, Лондон, Англия. (кредит: модификация работы Кристиана Бортеса)
Стратегия
Сначала мы находим вес верхней части колонны длиной 3,0 м. Нормальная сила, действующая на поперечное сечение, расположенное на расстоянии 3,0 м от вершины, представляет собой сумму веса столба и веса скульптуры. Получив нормальную силу, мы используем уравнение 12.34, чтобы найти напряжение. Чтобы найти деформацию сжатия, мы находим значение модуля Юнга для гранита в таблице \(\PageIndex{1}\) и инвертируем уравнение \ref{12.36}. 9{-6} \ldotp\]
Значение
Обратите внимание, что нормальная сила, действующая на площадь поперечного сечения столба, не является постоянной по его длине, а изменяется от наименьшего значения в верхней части до наибольшего значения в нижней части столба. Таким образом, если столб имеет одинаковую площадь поперечного сечения по всей длине, наибольшее напряжение приходится на его основание.
Упражнение \(\PageIndex{2}\)
Найдите сжимающее напряжение и деформацию в основании колонны Нельсона.
Пример \(\PageIndex{2}\): растягивание стержня
Стальной стержень длиной 2,0 м имеет площадь поперечного сечения 0,30 см ² . Штанга представляет собой часть вертикальной опоры, удерживающей тяжелую 550-килограммовую платформу, прикрепленную к нижнему концу штанги. Чему равно растягивающее напряжение в стержне и удлинение стержня под действием напряжения без учета веса стержня?
Стратегия
Сначала вычислим растягивающее напряжение в стержне под действием веса платформы в соответствии с уравнением 12.34. Затем мы инвертируем уравнение 12.36, чтобы найти удлинение стержня, используя L 9{-3}\; т = 1,8\; мм \ldotp \end{split}\]
Значение
Как и в примере с колонной, растягивающее напряжение в этом примере неравномерно по длине стержня. Однако, в отличие от предыдущего примера, если принять во внимание вес стержня, напряжение в стержне наибольшее в верхней части и наименьшее в нижней части стержня, к которому прикреплено оборудование.
Упражнение \(\PageIndex{2}\)
Провод длиной 2,0 м растягивается на 1,0 мм под действием нагрузки. Чему равна деформация растяжения в проволоке?
Объекты часто могут одновременно подвергаться как сжимающему, так и растягивающему напряжению Рисунок \(\PageIndex{3}\). Одним из примеров является длинная полка, загруженная тяжелыми книгами, которая провисает между торцевыми опорами под весом книг. Верхняя поверхность полки находится в сжимающем напряжении, а нижняя поверхность полки в растягивающем напряжении. Точно так же длинные и тяжелые балки прогибаются под собственным весом. В современном строительстве такие деформации изгиба могут быть практически устранены при использовании двутавровых балок. Рисунок \(\PageIndex{4}\).
Рисунок \(\PageIndex{3}\): (a) Объект, изгибающийся вниз, испытывает растягивающее напряжение (растяжение) в верхней части и сжимающее напряжение (сжатие) в нижней части. (b) Элитные тяжелоатлеты часто временно сгибают железные стержни во время подъема, как, например, на Олимпийских играх 2012 года. (кредит b: модификация работы Александра Кочерженко) Рисунок \(\PageIndex{4}\): Стальные двутавровые балки используются в строительстве для уменьшения деформации изгиба. (кредит: модификация работы «Европейского округа инженерного корпуса армии США»/Flickr)
Моделирование
Тяжелый ящик стоит на столе, поддерживаемом тремя колоннами. Просмотрите эту демонстрацию, чтобы переместить блок, чтобы увидеть, как влияет сжатие (или растяжение) в столбцах, когда блок меняет свое положение.
Эта страница под названием 12.4: Напряжение, деформация и модуль упругости (часть 1) распространяется под лицензией CC BY 4.0 и была создана, переработана и/или курирована OpenStax посредством исходного контента, который был отредактирован в соответствии со стилем и стандартами платформа LibreTexts; подробная история редактирования доступна по запросу.
Наверх
Была ли эта статья полезной?
Тип изделия
Раздел или страница
Автор
ОпенСтакс
Лицензия
СС BY
Версия лицензии
4,0
Программа OER или Publisher
ОпенСтакс
Показать оглавление
нет
Теги
объемный модуль
объемный штамм
объемное напряжение
сжимаемость
деформация сжатия
напряжение сжатия
модуль упругости
нормальное давление
Па
паскалей
давление
модуль сдвига
деформация сдвига
напряжение сдвига
источник@https://openstax.