Uitzoeken hoeveel gewicht een brug kan dragen, hangt af van hoe deze reageert op de stress en spanning van auto's en andere voertuigen die eroverheen rijden. Maar voor de meest minuscule veranderingen in stress heb je een spanningsmeter nodig die je waarden van stress kan geven die veel kleiner zijn. De microstrain-waarde helpt je daarbij.
Microstam
Spanningwordt gemeten met behulp van "sigma"
\sigma = \frac{F}{A}
voor de krachtFop een object en het gebiedEENwaarop de kracht wordt uitgeoefend. U kunt de spanning op deze eenvoudige manier meten als u kracht en oppervlakte kent. Dit geeft spanning dezelfde eenheden als druk. Dit betekent dat u druk op een object kunt uitoefenen als een manier om de spanning erop te meten.
U kunt ook berekenen hoeveel spanning er op een materiaal staat met behulp van dewaarde van spanning, gemeten door "epsilon"
\epsilon =\frac{\Delta L}{L}
voor de verandering in lengteLvan een materiaal onder spanning gedeeld door de werkelijke lengteLvan het materiaal. Wanneer een materiaal in een bepaalde richting wordt samengedrukt, zoals het gewicht van auto's op een brug, kan het materiaal zelf uitzetten in de richtingen loodrecht op het gewicht. Deze reactie van uitrekken of comprimeren, bekend als de
Poisson-effect, kunt u de spanning berekenen.Deze "vervorming" van het materiaal vindt plaats op microniveau voor microstrain-effecten. Terwijl rekstrookjes van normale grootte veranderingen in lengte van materiaal meten in de orde van een millimeter of inch, microrekstrookjes worden gebruikt voor lengtes van micrometers (met de Griekse letter "mu") μm voor de verandering in lengte. Dit zou betekenen dat u waarden van zou gebruikenεin de orde van 10-6 in grootte om microstrain te krijgenμε.Microstrain omzetten in strain betekent de waarde van microstrain vermenigvuldigen met 10-6.
Microstrain-meters
Sinds de Schotse chemicus Lord Kelvin ontdekte dat metallisch geleidend materiaal onder mechanische belasting een verandering in elektrische weerstand hebben wetenschappers en ingenieurs deze relatie tussen spanning en elektriciteit onderzocht om te profiteren van deze effecten. Elektrische weerstand meet de weerstand van een draad tegen de stroom van elektrische lading.
Spanningsmeters gebruiken een zigzige vorm van draad, zodat, wanneer u de elektrische weerstand in de draad meet terwijl er een stroom doorheen vloeit, u kunt meten hoeveel spanning op de draad wordt uitgeoefend. De zigzag-roosterachtige vorm vergroot het oppervlak van de draad evenwijdig aan de richting van de spanning.
Microstrain-meters doen hetzelfde, maar meten nog meer minuscule veranderingen in elektrische weerstand tegen het object, zoals microscoopveranderingen in de lengte van een object. Spanningsmeters profiteren van de relatie zodat, wanneer de spanning op een object wordt overgedragen op de rekstrookje, de meter zijn elektrische weerstand verandert in verhouding tot de rek. Spanningsmeters vinden toepassingen in balansen die nauwkeurige metingen van het gewicht van een object geven.
Voorbeeld problemen met rekstrookjes
Voorbeelden van problemen met spanningsmeters kunnen deze effecten illustreren. Als een rekstrookje een microrek van 5. meetμεvoor een materiaal met een lengte van 1 mm, met hoeveel micrometer verandert de lengte van het materiaal?
Converteer de microstrain naar stam door deze te vermenigvuldigen met 10-6 om een spanningswaarde van 5 x 10. te krijgen-6, en converteer 1 mm naar meter door het te vermenigvuldigen met 10-3 10. krijgen-3 m. Gebruik de vergelijking voor stam om op te lossen voorL:
5\times 10^{-6}=\frac{\Delta L}{10^{-3}}\implies \Delta L=5\times 10^{-6}\times 10^{-3}=5 \times 10^{-9}\text{ m}
of 5 x 10-3 m.