Att räkna ut hur mycket vikt en bro kan hålla beror på hur den reagerar på stress och belastning hos bilar och andra fordon som korsar den. Men för de mest minimala förändringarna i stress, behöver du en töjningsmätare som kan ge dig stressvärden som är mycket mindre. Microstrain-värdet hjälper dig med det.
Microstrain
Påfrestningmäts med "sigma"
\ sigma = \ frac {F} {A}
för styrkanFpå ett objekt och områdetAöver vilken kraften appliceras. Du kan mäta spänningen på detta enkla sätt om du känner till kraft och yta. Detta ger belastning samma enheter som tryck. Det betyder att du kan lägga tryck på ett objekt som ett sätt att mäta spänningen på det.
Du kan också räkna ut hur mycket belastningen är på ett material med hjälp avvärdet på töjningen, mätt med "epsilon"
\ epsilon = \ frac {\ Delta L} {L}
för förändringen i längdALav ett material när det är under stress dividerat med den faktiska längdenLav materialet. När ett material komprimeras i en viss riktning, såsom bilarnas vikt på en bro, kan själva materialet expandera i riktningarna vinkelrätt mot vikten. Detta svar av sträckning eller komprimering, känd som
Denna "deformation" av materialet inträffar på mikronivå för mikrostammareffekter. Medan töjningsmätare i normalstorlek mäter förändringar i materialets längd i storleksordningen en millimeter eller tum, mikrostammätare används för mikrometerlängder (med den grekiska bokstaven "mu") μm för förändringen i längd. Detta skulle innebära att du skulle använda värdena påεi storleksordningen 10-6 i storlek för att få microstrainμε.Omvandla microstrain till stam betyder att du multiplicerar värdet på microstrain med 10-6.
Microstrain mätare
Ända sedan den skotska kemisten Lord Kelvin upptäckte att metalliskt ledande material under mekanisk belastning visar en förändring i elektriskt motstånd, har forskare och ingenjörer utforskat detta förhållande mellan belastning och elektricitet för att dra nytta av dessa effekter. Elektriskt motstånd mäter trådens motstånd mot strömmen av elektrisk laddning.
Spänningsmätare använder en zigzig form av tråd så att när du mäter det elektriska motståndet i ledningen när en ström strömmar genom den, kan du mäta hur mycket belastning som läggs på ledningen. Den sicksackformade formen ökar trådens yta parallellt med töjningsriktningen.
Microstrain-mätare gör samma sak, men mäter ännu mer små förändringar i elektriskt motstånd mot objektet, såsom mikroskopförändringar i ett objekts längd. Spänningsmätare utnyttjar förhållandet så att, när spänningen på ett föremål överförs till spänningsmätaren, ändrar mätaren sitt elektriska motstånd i proportion till spänningen. Spänningsmätare hittar användningar i vågar som ger exakta mätningar av ett föremåls vikt.
Exempel på problem med töjningsmätaren
Problem med töjningsmått kan illustrera dessa effekter. Om en töjningsmätare mäter en mikrostam på 5μεför ett material 1 mm i längd, hur många mikrometer ändras materialets längd?
Konvertera microstrain till stam genom att multiplicera den med 10-6 för att få ett töjningsvärde på 5 x 10-6och konvertera 1 mm till meter genom att multiplicera den med 10-3 för att få 10-3 m. Använd ekvationen för stam att lösa förAL:
5 \ gånger 10 ^ {- 6} = \ frac {\ Delta L} {10 ^ {- 3}} \ innebär \ Delta L = 5 \ gånger 10 ^ {- 6} \ gånger 10 ^ {- 3} = 5 \ gånger 10 ^ {- 9} \ text {m}
eller 5 x 10-3 μm.
