Se hai bisogno di capire quanto è forte un materiale, un modo è testare quanto è facile rompersi. Il modulo di rottura, nota anche come resistenza alla flessione o resistenza alla rottura trasversale, offre la massima capacità di carico subito prima della rottura del materiale. Per un materiale come il legno, il modulo di rottura ha applicazioni in ingegneria e costruzioni.
Il modulo di rottura è una misura della pressione, o forza per unità di superficie. Scienziati e ingegneri utilizzano una serie di grandezze per la pressione nel determinare il modulo di rottura. Puoi trovarlo espresso in unità di pascal o megapascal e libbre per pollice quadrato o psi.
Quando i materiali si piegano in risposta allo stress, si comprimono lungo un lato e si allungano lungo l'altro. Ad esempio, quando spingi verso il basso su un pezzo di legno, il lato allungato si espanderà verso sinistra, verso il basso e verso destra. I ricercatori usano spesso modulo di Young, una misura di rigidità, per descrivere questo effetto.
Calcola modulo di rottura
Puoi calcolare il modulo di rottura, "sigma", usando l'equazione σr = 3Fx/yz2 per la forza di carico F e dimensioni delle dimensioni in tre direzioni, X, sì ez, del materiale. In questo caso, il carico è la forza esterna esercitata sul materiale di interesse. La forza di carico viene applicata al centro di una trave di materiale leggermente sollevata dal suolo. Da questa configurazione sperimentale, nota come test di carico del punto centrale, è possibile osservare la deformazione del materiale in risposta allo stress applicato ad esso.
Mantieni coerenti le tue unità durante l'esecuzione di questo calcolo. Se si utilizzano pollici per le dimensioni e libbre per la forza di carico, il modulo di rottura avrà unità di libbre per pollice quadrato.
Fare attenzione a non confondere il modulo di rottura con la resistenza alla trazione, σTS, la capacità di un materiale di resistere alla rottura quando è sotto tensione. Mentre il modulo di rottura misura la pressione specifica alla quale un materiale sta per rompersi, la resistenza alla trazione rappresenta la capacità del materiale di piegarsi e deformarsi prima di rompersi.
Prova di piegatura a tre punti
Gli ingegneri utilizzano un test di piegatura a tre punti per determinare la forza di adesione, o modulo di rottura, di un materiale. Contrariamente al test di carico del punto centrale, questo metodo utilizza due forze diverse lungo il materiale della trave che la dividono in tre parti uguali.
Poiché le forze applicate piegano il materiale, sia esso legno, cemento o qualsiasi altra sostanza, tengono traccia della temperatura e di come le particelle nel materiale si distribuiscono in risposta allo stress. Lo fanno per assicurarsi che il materiale possa resistere alle pressioni in applicazioni come fondazioni di edifici o altri progetti.
Mentre gli ingegneri creano grafici di come il materiale si sposta in risposta a diverse quantità di forza, studiano come i materiali subiscono deformazioni. Possono quindi calcolare il modulo di Young e il modulo di rottura.
Componenti della forza
Per una matrice di cemento, un tipo di materiale utilizzato nelle infrastrutture civili, le fibre di carbonio, le nanofibre oi nanotubi che compongono il materiale forniscono la resistenza strutturale. È possibile utilizzare questi componenti della matrice cementizia nel rilevamento, nella schermatura elettromagnetica delle radiazioni nocive e nella prevenzione della corrosione delle sostanze.
A seconda del tipo di componenti che compongono queste matrici cementizie, è possibile studiarle per aspetti fisici e chimici proprietà quali suscettibilità al calore e all'elettricità, capacità di condurre corrente e capacità di immagazzinare o trasferire calore.
Alcuni materiali utilizzano compositi a granulometria su scala nanometrica. Queste sostanze a base di nanocompositi tendono ad avere valori più alti per il modulo di elasticità, la velocità con cui cambia lo stress sul materiale quando è sotto pressione. Le disposizioni chimiche delle molecole su scala nanometrica significano che questi materiali hanno una maggiore resistenza alla trazione, durezza, tenacità e resistenza all'usura.