ما هو معامل القص؟ التعريف والأمثلة

ال معامل القص يتم تعريفها على أنها نسبة إجهاد القص إلى إجهاد القص. يُعرف أيضًا باسم معامل الصلابة ويمكن الإشارة إليه بواسطة ج أو أقل شيوعا س أو μ. وحدة SI قص المعامل هو باسكال (السلطة الفلسطينية) ، ولكن عادة ما يتم التعبير عن القيم في غيغا باسكال (GPa). في الوحدات الإنجليزية ، يتم إعطاء معامل القص من حيث الجنيه لكل بوصة مربعة (PSI) أو كيلو (آلاف) جنيه لكل مربع في (ksi).

• تشير قيمة معامل القص الكبير إلى أ صلب جامد للغاية. وبعبارة أخرى ، مطلوب قوة كبيرة لإنتاج تشوه.
• تشير قيمة معامل القص الصغير إلى أن المادة الصلبة ناعمة أو مرنة. هناك حاجة إلى قوة صغيرة لتشويهها.
• تعريف واحد للسائل هو مادة ذات معامل قص صفر. أي قوة تشوه سطحها.

يتم تحديد معامل القص عن طريق قياس تشوه مادة صلبة من تطبيق قوة موازية لـ سطح واحد من مادة صلبة ، بينما تعمل قوة متعاكسة على سطحها المقابل وتثبت المادة الصلبة في مكانها. فكر في القص على أنه دفع ضد جانب واحد من الكتلة ، مع الاحتكاك كقوة معارضة. مثال آخر هو محاولة قطع الأسلاك أو الشعر بمقص باهت.

معادلة معامل القص هي:

G = τ_{س س} / γ_{س س} = F / A / Δx / l = Fl / AΔx

أين:

• G هي معامل القص أو معامل الصلابة
• τ_{س س} هو إجهاد القص
• γ_{س س} هي سلالة القص
• أ هي المنطقة التي تعمل فيها القوة
• Δx هو الإزاحة العرضية
• l هو الطول الأولي

إن إجهاد القص هو Δx / l = tan θ أو في بعض الأحيان = θ ، حيث θ هي الزاوية التي شكلها التشوه الناتج عن القوة المطبقة.

على سبيل المثال ، ابحث عن معامل القص لعينة تحت ضغط 4 × 10⁴ن/ م² تعاني من إجهاد 5x10^-2.

G = τ / γ = (4x10⁴ N / م²) / (5 × 10^-2) = 8 × 10⁵ N / م² أو 8 × 10⁵ Pa = 800 كيلو باسكال

بعض المواد متناحية فيما يتعلق بالقص ، مما يعني أن التشوه في الاستجابة للقوة هو نفسه بغض النظر عن الاتجاه. المواد الأخرى متباينة الخواص وتستجيب بشكل مختلف للضغط أو الضغط اعتمادًا على التوجه. تكون المواد متباينة الخواص أكثر عرضة للقص على طول محور واحد من الأخرى. على سبيل المثال ، ضع في اعتبارك سلوك كتلة الخشب وكيف يمكن أن تستجيب لقوة مطبقة بالتوازي مع الحبوب الخشبية مقارنة باستجابتها للقوة المطبقة بشكل عمودي على الحبوب. ضع في اعتبارك الطريقة التي يستجيب بها الماس لقوة مطبقة. مدى سهولة المقصات البلورية تعتمد على اتجاه القوة فيما يتعلق بالشبكة البلورية.

كما قد تتوقع ، تتغير استجابة المادة لقوة مطبقة مع درجة الحرارة والضغط. في المعادن ، ينخفض ​​معامل القص عادة مع زيادة درجة الحرارة. تقل الصلابة مع زيادة الضغط. ثلاثة نماذج تستخدم للتنبؤ بآثار درجات الحرارة والضغط على معامل القص هي إجهاد العتبة الميكانيكية (MTS) نموذج إجهاد تدفق البلاستيك ، ونموذج القص Nadal و LePoac (NP) ، ومعامل القص Steinberg-Cochran-Guinan (SCG) نموذج. بالنسبة للمعادن ، تميل إلى أن تكون هناك منطقة من درجات الحرارة والضغوط التي يكون فيها التغيير في معامل القص خطيًا. خارج هذا النطاق ، يكون سلوك النمذجة أكثر صعوبة.

هذا هو جدول لعينات قيم معامل القص عند درجة حرارة الغرفة. تميل المواد اللينة والمرنة إلى الحصول على قيم معامل قص منخفضة. الأرض القلوية والمعادن الأساسية لها قيم وسيطة. المعادن والسبائك الانتقالية لها قيم عالية. الماس، مادة صلبة وصلبة ، لديها معامل قص عالي للغاية.

لاحظ أن قيم معامل يونج اتبع اتجاها مشابها. معامل يونج هو مقياس صلابة المادة الصلبة أو مقاومتها الخطية للتشوه. معامل القص ، معامل يونغ ، و معامل الحجم هي modulii من مرونة، وكلها تستند إلى قانون هوكي ومتصلة ببعضها البعض عبر المعادلات.

• كراندال ، داهل ، لاردنر (1959). مقدمة في ميكانيكا المواد الصلبة. بوسطن: ماكجرو هيل. ردمك 0-07-013441-3.
• غينان ، م ؛ شتاينبرغ ، د (1974). "مشتقات الضغط ودرجة الحرارة لمعامل القص متعدد البلورات المتناحي لـ 65 عنصرًا". مجلة الفيزياء وكيمياء المواد الصلبة. 35 (11): 1501. دوى:10.1016 / S0022-3697 (74) 80278-7
• Landau L.D. ، Pitaevskii ، LP ، Kosevich ، A.M. ، Lifshitz EM (1970). نظرية المرونة، المجلد. 7. (الفيزياء النظرية). 3rd إد. برجامون: أكسفورد. ردمك: 978-0750626330
• فارشني ، ي. (1981). "الاعتماد على درجة حرارة الثوابت المرنة". المراجعة البدنية ب. 2 (10): 3952.