Smicanje

Smicanje ili klizanje^[1] jeste vrsta deformacije tijela pod djelovanjem sile na njega, u kojem sila djeluje paralelno sa unutrašnjim ili vanjskim površinama tijela. Površine tijela prelaze jedna preko druge međusobno. To odgovara deformaciji smicanja tijela geometrijskih figura u trodimenzionalnom prostoru. Varijabla koja označava smičući napon je ${\displaystyle \tau \,}$ (tau).

Klasičan primjer tangencijalnog napona - smicanje površina na vijku.

Smicanje se, uz uvijanje, svrstava u tangencijalne napone.

Fizička veličina tangencijalnog napona se mjeri kao sila podijeljena sa površinom. SI jedinica je Paskal (Pa), odnosno N/m² - Njutn po kvadratnom metru. U SAD-u, tangencijalni napon se mjeri u funtima po kvadratnom inču (psi). Za površinu se uzima ona površina koja se opire djelovanju smicanja, a ne površina na koju djeluje sila.

Formule

Obično smicanje

Princip smicanja

Kao ilustracija, može se zamisliti knjiga: okvirovi su paralelni jedan drugom, formiraju knjige kičmu i čine ugao jednak 90°.

Prilikom smicanja, smicajna sila F sa naponom smicanja τ i površinom poprečnog presjeka A ima odnos:

${\displaystyle \tau ={\frac {F}{A}}}$.

Napon smicanja ima dimenziju pritiska, to je sila po površini, međutim sila djeluje duž površine.

Tangens ugla smicanja ${\displaystyle \theta }$, napon smicanja uzrokovan silom i modul klizanja imaju sljedeći odnos:

${\displaystyle \tan \theta ={\frac {\tau }{G}}}$

Konstanta proporcionalnosti G se zove modul klizanja (također: modul smicanja).

Osim toga, vrh knjige je pomjeren za vrijednost Δx. Iz trigonometrijskog odnosa se može zaključiti (prema slici):

${\displaystyle \tan \theta ={\frac {\Delta x}{l}}}$

Za male vrijednosti ugla ${\displaystyle \theta }$ usvaja se:

${\displaystyle \tan \theta =\theta \;}$

Smicanje kod grede

Formula za računanje smičućeg napona na gredi je:

${\displaystyle \tau ={VQ \over It}}$,

gdje je:

• V smicajna sila na tom mjestu
• Q statički moment površine
• t debljina materijala okomitog na smicanje
• I drugi moment površine poprečnog presjeka.

Ova formula je poznata pod nazivom Formula Jouravskog.

Smicanje udarnim opterećenjem

Maksimalni smicajni napon koji nastaje pri udari čvrste okrugle šipke iznosi:

${\displaystyle \tau =2\left({UG \over V}\right)^{1 \over 2},}$

gdje je:

• U - promjena kinetičke energije

• G - modul klizanja

• V - volumen šipke

te je:

${\displaystyle U=U_{rotaciono}+U_{aplicirano}\,}$

${\displaystyle U_{rotaciono}={1 \over 2}I\omega ^{2}}$

${\displaystyle U_{aplicirano}=T\theta _{izm}\,}$

gdje je:

• ${\displaystyle I\,}$ maseni moment inercije
• ${\displaystyle \omega \,}$ ugaona brzina

Smicanje u fluidima

Viskozni, newtonov fluid (uključujući zrak i vodu), koji se kreće duž čvrste granice, vršiti će tangencijalno naprezanje na toj granici. Uslov koji kaže da nema "proklizavanja" fluida na toj granici diktira to da je brzina fluida na toj granici (relativno u odnosu na granicu) jednaka nuli, međutim, na nekoj visini iznad granice, brzina toka mora biti jednaka onoj brzini fluida. Regija između ove dvije tačke naziva se granični sloj. Taj tangencijalni napon može se izraziti kao

${\displaystyle \tau _{\mathrm {w} }=\mu \left.{\frac {\partial u}{\partial y}}\right|_{y=0}}$

gdje je:

• ${\displaystyle \mu }$ - dinamička viskoznost fluida,
• ${\displaystyle u}$ - brzina fluida duž granice,
• ${\displaystyle y}$ - visina granice.

Primjeri

Smicanje kod materijala

Kod kristalnih sirovina se pri smičućem opterećenju preko granice elastičnosti kristalni nivoi pomjeraju jedan prema drugom. Ovakve smicajne površine mogu također ponovo nastati. Konzistentnost se na početku može održati. Pri još većem opterećenju, konzistentnost izdaje i sirovina se na taj način raspada/kida.

Smicajno opterećenje se ne pojavljuje samo pri vanjskom opterećenju, nego i pri izmjeni termičkog opterećenja zbog zaostalih napona (nehomogeno stvrdnjavanje kao kod zavarivanja), ili pri stalnim naponima (na primjer oplata koja se drugačije skuplja nego osnovna sirovina).

Smicanje u geologiji

U geologiji razlika između dva kraja formira čisto smicanje (također koaksijalno smicanje ili čista kompresija) i jednostavno smicanje (također nekoaksijalno smicanje). Jednostavno smicanje uključuje u poređenju sa čistim smicanjem, dodatnu komponentu rotacije. Ove dvije komponente se koriste kako bi govorili o transpritisku (kompresija plus bočni napon) i transzatezanju (ekstenzija plus bočni napon) tektonike.

Smicanje kod motora s unutrašnjim sagorijevanjem

Motor s unutrašnjim sagorijevanjem se podmazuje uljem. Zbog sile smicanja koja nastaje u motoru, npr. u pumpi za ulje ili između prstena klipa cilindra i zida, molekule ulja se uništavaju tokom vremena - zbog starosti ulja. Isto se odnosi i na maziva - aditive.

Reference

1. Siehe z. B. Herbert Balke: Einführung in die Technische Mechanik, S. 7

Također pogledajte

• Geotehničko inženjerstvo
• Makaze - rade na principu smicajnog napona
• Tangencijalna deformacija
• Mehanički napon

Vanjski linkovi

• Tangencijalni napon