לגלות כמה כוח אובייקט יכול לסבול לפני שבירה, שימושי במצבים רבים, במיוחד עבור מהנדסים. יש לקבוע זאת על סמך תוצאות ניסוי, אשר בעצם כרוכות בחשיפת החומר לכמויות גדלות והולכות עד שהוא נשבר או מתכופף לצמיתות. אבל ביצוע החישובים בפועל כדי לחשב את חוזק הגמישות של חומר יכול להיראות מאתגר באמת. למרבה המזל, בתנאי שיש לך את המידע הנכון בהישג יד, אתה יכול להתמודד עם החישוב בקלות.
הגדרת חוזק גמיש
כוח גמיש (או מודולוס של קרע) היא כמות הכוח שאובייקט יכול ליטול מבלי להישבר או להתעוות לצמיתות. אם זה קשה לעקוף את הראש, חשוב על קרש עץ הנתמך בשני קצוות.
אם אתה רוצה לדעת כמה העץ חזק, אחת הדרכים לבדוק את זה תהיה לדחוף חזק יותר ויותר על מרכז הקרש עד שהוא יינעל. כוח הדחיפה המרבי שהעץ יכול לעמוד לפני שבירתו הוא חוזק הגמישות שלו. אם פיסת עץ אחרת הייתה חזקה יותר, היא תתמוך בכוח גדול יותר לפני שנשבר.
חוזק הגמישות באמת אומר לך את כמות הלחץ המקסימלית שהחומר יכול לספוג (כך שאולי תראה הפניות אליו גם "מתח גמיש"), והוא מצוטט ככוח (בניוטון או בכוח קילוגרמים) ליחידת שטח (במטר בריבוע או בריבוע אינץ).
מבחני שלוש נקודות או ארבע נקודות
ישנן שתי שיטות לבדיקת חוזק גמיש, אך הן דומות מאוד. דוגמה מלבנית ארוכה של החומר נתמכת בקצותיו, כך שאין תמיכה באמצע, אך הקצוות יציבים. לאחר מכן מופעל עומס או כוח על החלק האמצעי עד שהחומר נשבר.
למשך שלוש נקודות במבחן חוזק כיפוף, עומס הולך וגובר מוחל במרכז הדגימה עד שיש שבר או כיפוף קבוע בחומר. מכונת בדיקה גמישה יכולה להפעיל כמויות גדלות והולכות ולתעד במדויק את כמות הכוח בנקודת השבירה.
א ארבע נקודות מבחן הכיפוף דומה מאוד, למעט העומס מופעל בשתי נקודות בו זמנית, שוב לכיוון מרכז הדגימה. הכי קל לחשב את חוזק הגמישות כאשר מרימים עומס או כוח אחד שליש מהדרך בין התומכים והשני מוחל שני שליש מהדרך ביניהם. כך שבדוגמה זו לשליש האמצעי של המדגם יופעלו כוחות משני צידיו.
חישוב חוזק גמיש של שלוש נקודות
לבדיקת שלוש נקודות, חוזק הגמישות (נתון לסמל σ) ניתן לחשב באמצעות:
σ = 3FL / 2wd2
זה אולי נראה מפחיד בהתחלה, אבל ברגע שאתה יודע מה פירוש כל סמל, זו משוואה די פשוטה לשימוש.
F פירושו הכוח המרבי המופעל, ל הוא אורך המדגם, w הוא רוחב המדגם ו- ד הוא עומק המדגם. אז כדי לחשב את חוזק הגמישות (σ), הכפל את הכוח באורך המדגם ואז הכפל אותו בשלושה. ואז הכפל את עומק הדגימה בפני עצמו (כלומר, ריבע אותו), הכפל את התוצאה ברוחב המדגם ואז הכפל זאת בשניים. לבסוף, חלק את התוצאה הראשונה בשנייה.
ביחידות SI יימדדו אורכים, רוחבים ועומקים במטרים, ואילו כוח יימדד בניוטונים, וכתוצאה מכך פסקל (Pa), או ניוטונים למטר בריבוע. ביחידות אימפריאליות אורכים, רוחבים ועומקים יימדדו באינץ ', והכוח יימדד בכוח פאונד, והתוצאה היא פאונד לאינץ' מרובע.
חישוב חוזק גמיש של מבחן ארבע נקודות
מבחן ארבע הנקודות משתמש באותם סמלים כמו חישוב המבחן שלוש הנקודות. אך בהנחה ששני העומסים או הכוחות מופעלים כך שהם מפצלים את הדגימה לשליש, זה נראה הרבה יותר פשוט:
σ = FL / wd2
שים לב שזו זהה לחלוטין לנוסחת הלחץ הגמיש לבדיקות שלוש נקודות, אך ללא הגורם 3/2. אז פשוט הכפל את הכוח המופעל באורך, ואז חלק את זה ברוחב החומר מוכפל בעומקו בריבוע.