Dacă trebuie să vă dați seama cât de puternic este un material, o modalitate este să testați cât de ușor este să spargeți. modul de rupere, cunoscută și sub denumirea de rezistență la flexiune sau rezistență la rupere transversală, vă oferă capacitatea maximă de încărcare chiar înainte ca materialul să se rupă. Pentru un material precum lemnul, modulul de rupere are aplicații în inginerie și construcții.
Modulul de rupere este o măsurare a presiunii sau forței pe unitate de suprafață. Oamenii de știință și inginerii folosesc o serie de mărimi pentru presiune în determinarea modulului de rupere. Îl puteți găsi exprimat în unități de pascali sau megapascali, precum și în kilograme pe inch pătrat sau psi.
Pe măsură ce materialele se îndoaie ca răspuns la stres, acestea se comprimă de-a lungul unei părți și se întind de-a lungul celeilalte. Pe măsură ce împingeți în jos pe o bucată de lemn, de exemplu, partea întinsă se va extinde în direcțiile stânga, în jos și în dreapta. Cercetătorii folosesc adesea Modulul lui Young, o măsură de rigiditate, pentru a descrie acest efect.
Calculați modulul de rupere
Puteți calcula modulul de rupere, „sigma”, folosind ecuația σr = 3Fx / yz2 pentru forța de încărcare F și dimensiunile dimensiunii în trei direcții, X, y și z, a materialului. În acest caz, sarcina este forța externă aplicată asupra materialului de interes. Forța de încărcare se aplică în centrul unei grinzi a materialului ridicat ușor deasupra solului. Din această configurație experimentală, cunoscută sub numele de test de încărcare a punctului central, puteți observa deformarea materialului ca răspuns la stresul aplicat acestuia.
Păstrați-vă unitățile consistente atunci când efectuați acest calcul. Dacă utilizați centimetri pentru dimensiuni și kilograme pentru forța de încărcare, modulul de rupere ar avea unități de kilograme pe inch pătrat.
Asigurați-vă că nu confundați modulul de rupere cu rezistența la tracțiune, σTS, capacitatea unui material de a rezista la rupere atunci când este sub tensiune. În timp ce modulul de rupere măsoară presiunea specifică la care un material este pe cale să se rupă, rezistența la tracțiune reprezintă capacitatea materialului de a se îndoaie și de a se deforma înainte de rupere.
Test de îndoire în trei puncte
Inginerii folosesc un test de îndoire în trei puncte pentru a determina rezistența la legătură sau modulul de rupere al unui material. Spre deosebire de testul de încărcare a punctului central, această metodă utilizează două forțe diferite de-a lungul materialului fasciculului care îl împart în trei părți egale.
Pe măsură ce forțele aplicate îndoi materialul, fie că este vorba de lemn, ciment sau orice altă substanță, acestea țin evidența temperaturii și a modului în care particulele din material se distribuie ca răspuns la stres. Acestea fac acest lucru pentru a se asigura că materialul poate rezista presiunilor în aplicații precum fundații pentru clădiri sau alte proiecte.
Pe măsură ce inginerii creează grafice ale modului în care materialul se deplasează ca răspuns la diferite cantități de forță, studiază modul în care materialele suferă deformări. Ei pot calcula apoi modulul și modulul de rupere al lui Young.
Componentele puterii
Pentru o matrice de ciment, un tip de material utilizat în infrastructura civilă, fibrele de carbon, nanofibrele sau nanotuburile care fac ca materialul să ofere rezistența structurală. Puteți utiliza aceste componente ale matricei de ciment pentru detectarea, ecranarea electromagnetică a radiațiilor dăunătoare și prevenirea corodării substanțelor.
În funcție de tipul de componente care realizează aceste matrici de ciment, le puteți studia din punct de vedere fizic și chimic proprietăți precum susceptibilitatea la căldură și electricitate, capacitatea de a conduce curentul și capacitatea de stocare sau transfer căldură.
Unele materiale utilizează compozite de mărimea cerealelor la o scară nanometrică. Aceste substanțe pe bază de nanocompozite tind să aibă valori mai mari pentru modulul de elasticitate, cât de repede se modifică stresul asupra materialului atunci când se află sub presiune. Aranjamentele chimice ale moleculelor la nano-scară înseamnă că aceste materiale au rezistențe la tracțiune mai mari, duritate, duritate și rezistență la uzură.