Co to jest płaszczyzna ścinania?

Płaszczyzna ścinania to płaszczyzna, w której występuje naprężenie ścinające. Podobnie jak normalne naprężenie, naprężenie ścinające jest miarą siły na jednostkę powierzchni. W dowolnym punkcie konstrukcji istnieje wiele możliwych płaszczyzn, które można zdefiniować w celu pomiaru naprężeń. W związku z tym, którakolwiek płaszczyzna zawiera dany obszar, jest płaszczyzną ścinania. Płaszczyzna ścinania jest przydatna dla inżynierów analizujących naprężenia wewnętrzne w konstrukcjach.

Naprężenie ma te same jednostki co ciśnienie: siłę na obszar. Naprężenie normalne powstaje, gdy element jest poddawany rozciąganiu lub ściskaniu. Jeśli pręt metalowy zostanie rozciągnięty w pionie, naprężenie wewnętrzne będzie miało tendencję do opierania się dalszej deformacji. To naprężenie wystąpi w poziomych przekrojach pręta. Mówi się, że naprężenie jest normalne, ponieważ jest skierowane pod kątem prostym lub prostopadle do poziomych płaszczyzn naprężeń.

Naprężenie ścinające jest podobne do naprężenia normalnego, ponieważ ma te same jednostki. Kierunek naprężeń jest jednak równoległy do ​​płaszczyzny naprężeń. Ten rodzaj naprężenia mógłby powstać, gdyby inny zestaw sił został przyłożony do tego samego pręta metalowego; mianowicie, gdyby ktoś trzymał dno drążka nieruchomo, próbując przesunąć górę drążka w prawo. Powstałe naprężenie wewnętrzne nazywa się naprężeniem ścinającym, ponieważ części pręta próbują się ślizgać lub ścinać obok siebie.

W tych warunkach obciążenia naprężenia na płaszczyźnie poziomej znajdującej się w środku pręta byłyby naprężeniami ścinającymi skierowanymi poziomo. Dół paska próbowałby przesunąć się w lewo; poddałoby to siły skierowane w lewo w poziomej płaszczyźnie ścinania. Górna część paska próbowałaby przesunąć się w prawo; poddałoby to siły skierowane w prawo na tę samą płaszczyznę ścinania.

Analiza płaszczyzny ścinania jest ważna w zapobieganiu mechanicznemu uszkodzeniu konstrukcji. Każdy materiał ma ograniczenia co do tego, ile stresu może wytrzymać. Ta granica jest właściwością samego materiału, a nie kształtu przedmiotu. Na przykład dwie gumki mogą być wykonane w różnych rozmiarach, ale z tego samego materiału. Większy może wytrzymać większą siłę przed pęknięciem, ale tylko dlatego, że ma większą powierzchnię przekroju do rozłożenia siły; naprężenie wewnętrzne będzie takie samo w przypadku uszkodzenia dla obu rozmiarów.

Podobnie elementy mogą pękać z powodu zbyt dużego naprężenia ścinającego. Jeśli element ulegnie uszkodzeniu w wyniku naprężenia ścinającego, jego części dosłownie ześlizgną się obok siebie. Na przykład stare metalowe śruby często zawodzą w ten sposób. Granica naprężenia ścinającego, podobnie jak w przypadku naprężenia normalnego, jest właściwością materiału.