Gerilim (fizik) - Tension (physics)

Olarak fizik , germe , bir iplik, bir kablo, zincir veya benzeri bir nesne, bir ya da bir çubuk, her bir ucunda göre vasıtasıyla eksenel olarak iletilen çekme kuvveti olarak tanımlanan destek elemanı ile veya benzer bir üç boyutlu nesne; gerilim, adı geçen elemanların her iki ucunda etki eden kuvvetlerin etki-tepki çifti olarak da tanımlanabilir. Gerilim, sıkıştırmanın tersi olabilir .

Atom düzeyinde, atomlar veya moleküller birbirinden ayrıldığında ve hala var olan bir geri yükleme kuvveti ile potansiyel enerji kazandığında , geri yükleme kuvveti aynı zamanda gerilim olarak da adlandırılan şeyi yaratabilir. Bu tür bir gerilim altında bir ipin veya çubuğun her bir ucu, ipi/çubuğu serbest uzunluğuna geri getirmek için bağlı olduğu nesneyi çekebilir.

Fizikte, gerginlik, bir kuvvet etki-tepki çifti olarak iletilen bir kuvvet olarak, ya da bir geri itme kuvveti olarak, bir olabilir kuvvet ve birimindedir kuvveti ölçülen newton (veya bazen pound-kuvvet ). Bir ipin veya gerilimi ileten başka bir nesnenin uçları, ipin veya çubuğun bağlı olduğu nesnelere, bağlama noktasında ip yönünde kuvvet uygulayacaktır. Gerilimden kaynaklanan bu kuvvetlere "pasif kuvvetler" de denir. İplerle tutulan nesne sistemleri için iki temel olasılık vardır: ya ivme sıfırdır ve bu nedenle sistem dengededir ya da ivme vardır ve bu nedenle sistemde net bir kuvvet mevcuttur.

İrlanda şampiyonu halat çekme takımında 9 adam ip çekiyor. Fotoğraftaki ip, ipin bitişik bölümlerini gösteren çizilmiş bir resme uzanır. Bir segment, segmenti zıt yönlerde çeken T büyüklüğünde bir çift etki-tepki kuvveti gösteren bir serbest cisim diyagramında çoğaltılır, burada T eksenel olarak iletilir ve gerilim kuvveti olarak adlandırılır. İpin Bu son çekiyor savaş ait römorkör sağa ekibi. Halatın her bir parçası, iki komşu parça tarafından birbirinden çekilir ve bu, iki futbol sahasının üyeleri boyunca değişebilen gerilim olarak da adlandırılan parçayı vurgular.

Tek boyutta gerilim

Bir dizideki gerilim, negatif olmayan bir vektör miktarıdır . Sıfır gerilim gevşektir. Bir ip veya halat genellikle tek boyutlu, uzunluğa sahip ancak kütlesiz ve sıfır kesitli olarak idealleştirilir . Titreşimlerde veya kasnaklarda olduğu gibi ipte herhangi bir bükülme yoksa , bu durumda gerilim ip boyunca sabittir ve ipin uçları tarafından uygulanan kuvvetlerin büyüklüğüne eşittir. By Newton'un üçüncü yasa , bu uçlar bağlanan olduğu nesneler tarafından dizesinin uçlarına uygulanan aynı kuvvetlerdir. İp bir veya daha fazla makara etrafında kıvrılırsa, makaraların kütlesiz ve sürtünmesiz olduğu idealleştirilmiş durumda hala uzunluğu boyunca sabit bir gerilime sahip olacaktır . Bir titreşimli dize kümesi ile titreşir frekansları dize ait gerginlik bağlıdır. Bu frekanslar Newton'un hareket yasalarından türetilebilir . İpin her mikroskobik segmenti, komşu segmentler tarafından ip boyunca o konumdaki gerilime eşit bir kuvvetle çekilir ve çekilir.

İpin eğriliği varsa, o zaman iki komşusu tarafından bir segment üzerindeki iki çekiş sıfıra eklenmez ve ipin o segmentinde bir ivmeye neden olan net bir kuvvet olacaktır . Bu net kuvvet bir geri getirme kuvvetidir ve sicimin hareketi, Sturm-Liouville teorisinin merkezinde yer alan denklemi çözen enine dalgaları içerebilir :

${\displaystyle -{\frac {d}{dx}}{\bigg [}\tau (x){\frac {d\rho (x)}{dx}}{\bigg ]}+v(x)\ rho (x)=\omega ^{2}\sigma (x)\rho (x)}$

burada güç birim uzunluk başına sabiti [alan başına birim kuvvet] ve vardır özdeğer enine yer değiştirmesi rezonansları için çeşitli içerir çözeltiler bir ip üzerinde, harmonik bir ilgili telli araç . ${\görüntüleme stili v(x)}$${\ Displaystyle \ omega ^{2}}$${\görüntüleme stili \rho (x)}$

Üç boyutlu gerginlik

Gerilim, çubuk veya kafes kiriş gibi üç boyutlu, sürekli bir malzemenin uçlarının uyguladığı kuvveti tanımlamak için de kullanılır . Böyle bir çubuk gerilim altında uzar. Uzama miktarı ve kırılmaya neden olacak yük , tek başına kuvvetten ziyade kesit alanı başına kuvvete bağlıdır, bu nedenle gerilme = eksenel kuvvet / kesit alanı mühendislik amaçları için gerilimden daha faydalıdır. Stres olarak adlandırılan bir 3x3 matristir tensörü ve çubuk sıkıştırılmış yerine ince uzun olup olmadığını gerilme tensörünün elemanı olup, bu eleman için negatif bir sayı olarak ifade çekme alan başına kuvvet veya alan başına sıkıştırma kuvveti vardır. ${\görüntüleme stili \sigma _{11}}$

Böylece, gerilim tensörünün izini alarak gerilime benzer bir skaler elde edilebilir.

Sistem dengede

Tüm kuvvetlerin toplamı sıfır olduğunda bir sistem dengededir.

${\displaystyle \sum _{}{\vec {F}}=0}$

Örneğin, T gerilimi olan bir ip tarafından sabit hızla düşey olarak indirilen bir nesneden oluşan bir sistem düşünün . Sistem sabit bir hıza sahiptir ve bu nedenle dengededir, çünkü cismi yukarı çeken ipteki gerilim ağırlık kuvvetine eşittir , mg ("m" kütledir, "g" cismin neden olduğu ivmedir. Nesneyi aşağı çeken Dünya'nın yerçekimi ).

${\displaystyle \sum _{}{\vec {F}}={\vec {T}}+m{\vec {g}}=0}$

Net kuvvet altında sistem

Bir sistem, üzerine dengesiz bir kuvvet uygulandığında net bir kuvvete sahiptir, başka bir deyişle tüm kuvvetlerin toplamı sıfır değildir. İvme ve net kuvvet her zaman birlikte bulunur.

${\displaystyle \sum _{}{\vec {F}}\neq 0}$

Örneğin, yukarıdakiyle aynı sistemi göz önünde bulundurun, ancak nesnenin şimdi artan bir hızla aşağıya doğru indirildiğini (pozitif ivme) varsayalım, bu nedenle sistemin bir yerinde net bir kuvvet var. Bu durumda, negatif ivme bunu gösterir . ${\displaystyle |mg|>|T|}$

${\displaystyle \sum {\vec {F}}={\vec {T}}-m{\vec {g}}\neq 0}$

Başka bir örnekte, kütleleri sırasıyla ve ' olan iki A ve B cismi , sürtünmesiz bir makara üzerinden uzamaz bir iple birbirine bağlı olduğunu varsayalım . A cismine etki eden iki kuvvet vardır: ağırlığı ( ) aşağı çeker ve ipteki gerilim yukarı çeker. Bu nedenle, A cismine etkiyen net kuvvet , yani . Genişletilebilir bir dizide Hooke yasası geçerlidir. ${\görüntüleme stili m_{1}}$${\ Displaystyle m_{2}}$${\displaystyle w_{1}=m_{1}g}$${\görüntüleme stili T}$${\görüntüleme stili F_{1}}$${\ Displaystyle w_{1}-T}$${\displaystyle m_{1}a=m_{1}gT}$

Modern fizikte teller

Kuarklar arasındaki bazı etkileşim modellerinde kullanılan sicimler veya modern sicim teorisinde kullanılan sicimler gibi göreceli teorilerdeki sicim benzeri nesneler de gerilime sahiptir. Bu sicimler dünya levhaları açısından analiz edilir ve daha sonra enerji tipik olarak sicimin uzunluğuyla orantılıdır. Sonuç olarak, bu tür iplerdeki gerilim, gerilme miktarından bağımsızdır.

Ayrıca bakınız

• Süreklilik mekaniği
• düşme faktörü
• Yüzey gerilimi
• Gerilme direnci
• Hidrostatik basınç

Referanslar