Mechanické napätie
Napätie je sila na jednotku plochy telesa, ktorá má tendenciu spôsobiť zmenu jeho tvaru.
Napätie je mierou vnútorných síl medzi časticami telesa. Tieto vnútorné sily sú reakciou na vonkajšie sily pôsobiace na teleso, ktoré spôsobujú jeho oddeľovanie, stláčanie alebo posúvanie. Vonkajšie sily sú buď povrchové sily, alebo sily telesa. Napätie je priemerná sila na jednotku plochy, ktorou častica telesa pôsobí na susednú časticu cez pomyselnú plochu, ktorá ich oddeľuje.
Vzorec pre jednoosové normálové napätie je:
σ = F A {\displaystyle {\sigma }={\frac {F}{A}}} 
kde σ je napätie, F je sila a A je plocha povrchu.
V jednotkách SI sa sila meria v newtonoch a plocha v metroch štvorcových. To znamená, že napätie je v newtonoch na meter štvorcový alebo N/m2. Napätie má však vlastnú jednotku SI, ktorá sa nazýva pascal. 1 pascal (symbol Pa) sa rovná 1 N/m2. V imperiálnych jednotkách sa napätie meria v librách sily na štvorcový palec, čo sa často skracuje na "psi". Rozmer napätia je rovnaký ako rozmer tlaku.
V mechanike kontinua sa zaťažené deformovateľné teleso správa ako kontinuum. Tieto vnútorné sily sú teda v rámci objemu hmotného telesa rozložené spojito. (To znamená, že rozloženie napätia v telese je vyjadrené ako kusová spojitá funkcia priestoru a času.) Sily spôsobujú deformáciu tvaru telesa. Deformácia môže viesť k trvalej zmene tvaru alebo k porušeniu konštrukcie, ak materiál nie je dostatočne pevný.
Niektoré modely mechaniky kontinua považujú silu za niečo, čo sa môže meniť. Iné modely sa zaoberajú deformáciou hmoty a pevných telies, pretože vlastnosti hmoty a pevných telies sú trojrozmerné. Každý z týchto prístupov môže poskytnúť rôzne výsledky. Klasické modely mechaniky kontinua predpokladajú priemernú silu a nezahŕňajú správne "geometrické faktory". (Geometria telesa môže byť dôležitá pre to, ako sa rozdeľuje napätie a ako sa hromadí energia počas pôsobenia vonkajšej sily).
Obrázok 1.1 Napätie v zaťaženom deformovateľnom hmotnom telese predpokladanom ako kontinuum.
Obrázok 1.2 Osové napätie v osovo zaťaženej prizmatickej tyči.
Obrázok 1.3 Normálové napätie v prizmatickej tyči (rovný prút s rovnomerným prierezom). Rozloženie napätia alebo sily v priereze tyče nemusí byť nevyhnutne rovnomerné. Avšak priemerné normálové napätie σ a v g {\displaystyle \sigma _{\mathrm {avg} }\,\! }
možno použiť.
Obrázok 1.4 Šmykové napätie v prizmatickej tyči. Rozloženie napätia alebo sily v priereze tyče nemusí byť rovnomerné. Napriek tomu je priemerné šmykové napätie τ a v g {\displaystyle \tau _{\mathrm {avg} }\,\! }
je primeraná aproximácia.
Smykové napätie
Ďalšie informácie: Smykové napätie
Jednoduché napätia
V niektorých situáciách možno napätie v objekte opísať jedným číslom alebo jedným vektorom (číslo a smer). Tri takéto jednoduché napäťové situácie sú jednoosové normálové napätie, jednoduché šmykové napätie a izotropné normálové napätie.
Jednoosové normálové napätie
Ťahové napätie (alebo ťah) je stav napätia, ktorý vedie k rozťahovaniu, to znamená, že dĺžka materiálu má tendenciu zväčšovať sa v smere ťahu. Objem materiálu zostáva konštantný. Keď na teleso pôsobia rovnaké a opačné sily, potom sa napätie spôsobené touto silou nazýva ťahové napätie.
Preto sa v jednoosovom materiáli dĺžka zväčšuje v smere ťahového napätia a ostatné dva smery sa zmenšujú. Pri jednoosovom spôsobe ťahu je ťahové napätie vyvolané ťahovými silami. Ťahové napätie je opakom tlakového napätia.
Konštrukčné prvky v priamom ťahu sú laná, zemné kotvy a klince, skrutky atď. Nosníky vystavené ohybovým momentom môžu obsahovať ťahové, ako aj tlakové a/alebo šmykové napätie.
Napätie v ťahu sa môže zvyšovať až do dosiahnutia pevnosti v ťahu, t. j. medzného stavu napätia.
Napätie v jednorozmerných telesách
Všetky reálne objekty zaberajú trojrozmerný priestor. Ak sú však dva rozmery v porovnaní s ostatnými veľmi veľké alebo veľmi malé, objekt môže byť modelovaný ako jednorozmerný. To zjednodušuje matematické modelovanie objektu. Medzi jednorozmerné objekty patrí kus drôtu zaťažený na koncoch a pozorovaný zboku a plech zaťažený na čelnej strane a pozorovaný zblízka a cez prierez.
Súvisiace stránky
- Napätie
- Ohýbanie
Otázky a odpovede
Otázka: Čo je to stres?
Odpoveď: Napätie je sila na jednotku plochy pôsobiaca na teleso, ktorá má tendenciu spôsobiť zmenu jeho tvaru. Je to miera vnútorných síl v telese medzi jeho časticami a je to priemerná sila na jednotku plochy, ktorou častica telesa pôsobí na susednú časticu cez pomyselnú plochu, ktorá ich oddeľuje.
Otázka: Ako ovplyvňujú vonkajšie sily napätie?
Odpoveď: Vonkajšie sily sú buď povrchové sily, alebo sily telesa a spôsobujú deformáciu tvaru telesa, ktorá môže viesť k trvalej zmene tvaru alebo k porušeniu konštrukcie, ak materiál nie je dostatočne pevný.
Otázka: Aký je vzorec pre jednoosové normálové napätie?
Odpoveď: Vzorec pre jednoosové normálové napätie je σ = F/A, kde σ je napätie, F je sila a A je plocha povrchu. V jednotkách SI sa sila meria v newtonoch a plocha v metroch štvorcových, čo znamená, že napätie bude newton na meter štvorcový (N/m2). Pre napätie však existuje vlastná jednotka SI nazývaná pascal (Pa), ktorá sa rovná 1 N/m2. V imperiálnych jednotkách by sa meralo v librách sily na štvorcový palec (psi).
Otázka: Čo predpokladá mechanika kontinua o sile?
Odpoveď: Klasické modely mechaniky kontinua predpokladajú priemernú silu a nezahŕňajú správne geometrické faktory - to znamená, že neberú do úvahy, ako geometria ovplyvňuje to, ako sa energia hromadí počas pôsobenia vonkajšej sily.
Otázka: Ako môžu rôzne modely poskytovať rôzne výsledky pri skúmaní deformácie hmoty a pevných telies?
Odpoveď: Rôzne modely sa na deformáciu hmoty a pevných telies pozerajú odlišne, pretože vlastnosti hmoty a pevných telies sú trojrozmerné - každý prístup teda zohľadňuje iné aspekty, ktoré môžu viesť k rôznym výsledkom.
Otázka: Ako sa v mechanike kontinua zaobchádza so zaťaženými deformovateľnými telesami?
Odpoveď: Mechanika kontinua zaobchádza so zaťaženými deformovateľnými telesami ako s kontinuitami - čo znamená, že vnútorné sily sú rozložené kontinuálne v rámci objemu hmotného telesa, namiesto toho, aby boli sústredené v určitých bodoch ako v prípade klasických modelov.
