O força de cisalhamento É uma força composta que se caracteriza por ser paralela à superfície sobre a qual é exercida e tende a dividir o corpo, deslocando as seções resultantes do corte..
Está esquematicamente representado na figura 1, na qual é mostrada uma força de corte aplicada a duas pontas diferentes de um lápis de madeira. A força de cisalhamento, por sua vez, requer duas forças paralelas e opostas, que dependendo de sua intensidade, são capazes de deformar o lápis ou fraturá-lo definitivamente..
Então, mesmo que falemos sobre a força de cisalhamento no singular, na realidade eles se aplicam dois forças, uma vez que a força de cisalhamento é um força composta. Essas forças consistem em duas forças (ou mais, em casos complexos) aplicadas em diferentes pontos de um objeto.
Duas forças de mesma magnitude e direção oposta, mas com linhas de ação paralelas, constituem um torque. Os torques não fornecem translação aos objetos, uma vez que sua resultante é zero, mas fornecem um torque líquido.
Com um par, objetos como o volante de um veículo são girados, ou podem ser deformados e quebrados, como no caso do lápis e da tábua de madeira da figura 2.
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Forças compostas fazem parte dos chamados forças de superfície, precisamente porque eles são aplicados à superfície dos corpos e não estão relacionados de forma alguma com sua massa. Para esclarecer o ponto, vamos comparar essas duas forças que freqüentemente atuam sobre os objetos: peso e força de atrito..
A magnitude do peso é P = mg e, uma vez que depende da massa do corpo, não é uma força superficial. Trata-se de uma força de massa, e o peso é o exemplo mais característico.
No entanto, o atrito depende da natureza das superfícies de contato e não da massa do corpo sobre o qual atua, portanto, é um bom exemplo de forças superficiais que aparecem com frequência..
As forças de superfície podem ser simples ou composto. Já vimos um exemplo de força composta na força de cisalhamento e, por sua vez, o atrito é representado como uma força simples, pois uma única flecha é suficiente para representá-la no diagrama corporal isolado do objeto..
Forças simples são responsáveis por imprimir mudanças no movimento de um corpo, por exemplo, sabemos que a força cinética de atrito entre um objeto em movimento e a superfície sobre a qual ele se move, resulta em uma redução na velocidade.
Pelo contrário, as forças compostas tendem a deformar os corpos e, no caso de tesouras ou tesouras, o resultado final pode ser um corte. Outras forças superficiais, como tensão ou compressão, alongam ou comprimem o corpo sobre o qual atuam.
Cada vez que o tomate é cortado para preparar o molho ou uma tesoura é usada para cortar uma folha de papel, aplicam-se os princípios descritos. As ferramentas de corte geralmente têm duas lâminas de metal afiadas para aplicar a força de cisalhamento na seção transversal do objeto a ser picado..
Os efeitos da força de cisalhamento dependem da magnitude da força e da área sobre a qual ela atua, portanto, na engenharia o conceito de tensão de cisalhamento, que leva em consideração a força e a área.
Este esforço tem outros significados, como esforço cortante ou cisalhamento e na construção civil é extremamente importante considerá-lo, uma vez que muitas falhas em estruturas decorrem da ação de forças de cisalhamento.
Sua utilidade é imediatamente compreendida quando se considera a seguinte situação: suponha que você tenha duas barras do mesmo material, mas de diferentes espessuras, que estão sujeitas a forças crescentes até que se rompam..
É evidente que para quebrar a barra mais espessa deve-se aplicar maior força, porém o esforço é o mesmo para qualquer barra que tenha a mesma composição. Testes como esse são frequentes na engenharia, dada a importância de selecionar o material certo para que a estrutura projetada funcione de maneira ideal..
Matematicamente, se a tensão de cisalhamento for denotada como τ, Para a magnitude da força aplicada como F e para a área sobre a qual ela atua como A, temos a tensão de cisalhamento média:
τmédia= F / A
Sendo a razão entre força e área, a unidade de esforço no Sistema Internacional é o newton / mdois, chamado Pascal e abreviado como Pa. No sistema inglês, a libra-força / pé é usada dois e a libra-força / polegadadois.
No entanto, em muitos casos, o objeto submetido à tensão de cisalhamento é deformado e, em seguida, recupera sua forma original sem realmente quebrar, uma vez que a tensão deixou de agir. Suponha que a deformação consiste em uma mudança no comprimento.
Nesse caso, a tensão e a deformação são proporcionais, portanto, pode-se considerar o seguinte:
Esforço cortante ∝ Deformação da unidade
O símbolo ∝ significa "proporcional a" e quanto à deformação unitária, é definida como o quociente entre a mudança no comprimento, que será denominado ΔL e o comprimento original, denominado Lou. Desta maneira:
τ ∝ (ΔL / Lou)
Sendo um quociente entre dois comprimentos, a deformação não possui unidades, mas ao colocar o símbolo de igualdade, a constante de proporcionalidade deve fornecê-las. Chamando G para a referida constante:
τ = G (ΔL / Lou)
G é chamado módulo de cisalhamento ou módulo de corte. Possui unidades Pascal no Sistema Internacional e seu valor depende da natureza do material. Esses valores podem ser determinados em laboratório, testando a ação de diferentes forças em amostras de composição variada..
Quando é necessário determinar a magnitude da força de cisalhamento da equação anterior, basta substituir a definição de tensão:
τ = F / A = G (ΔL / Lou)
E claro:
F = A × G (ΔL / Lou)
As forças de cisalhamento são muito frequentes e seus efeitos devem ser levados em consideração em muitos aspectos da ciência e da tecnologia. Nas construções, aparecem nos pontos de apoio das vigas, podem surgir durante um acidente e quebrar um osso e sua presença é capaz de alterar o funcionamento do maquinário..
Eles atuam em grande escala na crosta terrestre, causando fraturas de rochas e acidentes geológicos, graças à atividade tectônica. Portanto, eles também são responsáveis por moldar continuamente o planeta.
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