إذا كنت بحاجة إلى معرفة مدى قوة مادة ما ، فإن إحدى الطرق هي اختبار مدى سهولة كسرها. ال معامل التمزق، والمعروفة أيضًا باسم قوة الانحناء أو قوة التمزق المستعرض ، تمنحك أقصى سعة تحميل قبل أن تنكسر المادة مباشرة. بالنسبة لمادة مثل الخشب ، فإن معامل التمزق له تطبيقات في الهندسة والبناء.
معامل التمزق هو قياس الضغط أو القوة لكل وحدة مساحة. يستخدم العلماء والمهندسون مجموعة من المقادير للضغط في تحديد معامل التمزق. يمكنك العثور عليها معبرًا عنها بوحدات باسكال أو ميجاباسكال بالإضافة إلى رطل لكل بوصة مربعة أو رطل لكل بوصة مربعة.
عندما تنحني المواد استجابة للإجهاد ، فإنها تنضغط على جانب واحد وتمتد على طول الجانب الآخر. عندما تضغط لأسفل على قطعة من الخشب ، على سبيل المثال ، فإن الجانب المشدود سوف يتمدد في اتجاهات يسار ، وأسفل ، ويمين. يستخدم الباحثون غالبًا معامل يونج، مقياس الصلابة ، لوصف هذا التأثير.
حساب معامل التمزق
يمكنك حساب معامل التمزق "سيجما" باستخدام المعادلة σص = 3Fx / yz2 لقوة الحمل F وأبعاد الحجم في ثلاثة اتجاهات ، x, ذ و z من المادة. في هذه الحالة ، يكون الحمل هو القوة الخارجية الموضوعة على المادة محل الاهتمام. يتم تطبيق قوة الحمل على مركز شعاع من المادة مرتفعة قليلاً فوق الأرض. من هذا الإعداد التجريبي ، المعروف باسم اختبار تحميل النقطة المركزية ، يمكنك ملاحظة تشوه المادة استجابة للإجهاد المطبق عليها.
حافظ على اتساق وحداتك عند إجراء هذا الحساب. إذا كنت تستخدم البوصة للأبعاد والأرطال لقوة الحمل ، فسيكون معامل التمزق بوحدات باوند لكل بوصة مربعة.
تأكد من عدم الخلط بين معامل التمزق وقوة الشد ، σTS، وهي قدرة المادة على مقاومة الانكسار عند تعرضها للتوتر. بينما يقيس معامل التمزق الضغط المحدد الذي تكون عنده المادة على وشك الانكسار ، فإن قوة الشد تمثل قدرة المادة على الانحناء والتشوه قبل الانكسار.
اختبار الانحناء ثلاث نقاط
يستخدم المهندسون اختبار ثني من ثلاث نقاط في تحديد قوة الرابطة ، أو معامل التمزق ، للمادة. على عكس اختبار تحميل النقطة المركزية ، تستخدم هذه الطريقة قوتين مختلفتين على طول مادة الحزمة التي تقسمها إلى ثلاثة أجزاء متساوية.
نظرًا لأن القوى المطبقة تثني المادة ، سواء كانت خشبًا أو أسمنتًا أو أي مادة أخرى ، فإنها تتعقب درجة الحرارة وكيف توزع الجزيئات في المادة نفسها استجابةً للإجهاد. يفعلون ذلك للتأكد من أن المادة يمكنها تحمل الضغوط في التطبيقات مثل أسس المباني أو المشاريع الأخرى.
بينما ينشئ المهندسون رسومًا بيانية لكيفية إزاحة المادة نفسها استجابةً لكميات مختلفة من القوة ، فإنهم يدرسون كيف تخضع المواد للتشوه. يمكنهم بعد ذلك حساب معامل يونج ومعامل التمزق.
مكونات القوة
بالنسبة لمصفوفة الأسمنت ، نوع من المواد المستخدمة في البنية التحتية المدنية ، ألياف الكربون ، الألياف النانوية أو الأنابيب النانوية التي تجعل المادة توفر القوة الهيكلية. يمكنك استخدام هذه المكونات من مصفوفة الأسمنت في الاستشعار والحماية الكهرومغناطيسية للإشعاع الضار ومنع المواد من التآكل.
اعتمادًا على نوع المكونات التي تصنع مصفوفات الأسمنت هذه ، يمكنك دراستها من أجل الفيزيائية والكيميائية خصائص مثل القابلية للتدفئة والكهرباء والقدرة على إجراء التيار والقدرة على التخزين أو النقل الحرارة.
تستخدم بعض المواد مركبات بحجم الحبوب على مقياس نانومتر. تميل هذه المواد القائمة على المركبات النانوية إلى أن يكون لها قيم أعلى لمعامل المرونة ، ومدى سرعة تغير الضغط على المادة عند الضغط. تعني الترتيبات الكيميائية للجزيئات على المقياس النانوي أن هذه المواد تتمتع بقوة شد أكبر وصلابة وصلابة ومقاومة للتآكل.