Warum verteilt sich eine Kraft über eine Fläche? Warum konnte die Spannung nicht direkt gleich der Kraft sein?

Also, meine Frage könnte dumm erscheinen. Ich weiß, dass wir im wirklichen Leben, wenn wir eine Kraft mit unserer Hand ausüben und auf einen Zylinder drücken, wissen, dass die Kraft über den Querschnitt der Fläche verteilt wird. Wenn wir also eine breitere Fläche hätten, brauchen wir mehr Kraft, und Wenn wir eine kleinere Fläche hätten, brauchen wir weniger Kraft, um den Zylinder um eine bestimmte Strecke zu schieben.

Es ist also intuitiv. Die Spannung ist die Kraft dividiert durch die gegebene Fläche.

Aber warum? Was passiert im Mikromaßstab und wodurch wird die Kraft geteilt?

Danke.

Vielleicht verstehe ich das falsch, aber es stimmt nicht, dass Sie mehr Kraft benötigen, um einen Zylinder um eine bestimmte Strecke zu bewegen, wenn Ihr Kraftangriffsbereich größer ist. Wenn Sie sich dafür entscheiden, Ihren Finger zu verwenden, benötigen Sie die gleiche Kraft wie bei der Verwendung Ihrer Hand.

Antworten (3)

Wie @trula sagte, wirkt die äußere Kraft, die Sie anwenden, nur am Kontaktpunkt, aber da alle Atome über "interatomare Kräfte" miteinander verbunden sind , verteilt sich Ihre äußere Kraft über die gesamte Oberfläche, und daher müssen wir die Kraft pro Flächeneinheit definieren nämlich. Stress .

Das Federmodell der Atomstruktur ist ziemlich selbsterklärend in Bezug auf die interatomare Kraftverteilung.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Danke. Aber sollte die Beanspruchung in diesem Fall nicht auch von der Art des Materials abhängen? da es mit den interatomaren Kräften zusammenhängt
@ user134613 - Es ist nicht die Belastung selbst, die von der Art des Materials abhängt, sondern die Reaktion des Materials auf die Belastung, die von der Art des Materials abhängt.
@GlenO Aber die Spannung ist die Reaktion des Materials auf die ausgeübte Kraft, oder?
@ user134613 - nein, das nennt man "Stamm". Spannung ist die ausgeübte Kraft, Spannung ist das Ergebnis der Spannung. Stress und Belastung spielen dabei tatsächlich eine vergleichbare Rolle wie Kraft und Beschleunigung F = M A und für elastische Materialien σ = E ϵ , Wo σ ist der Stress u ϵ ist die Belastung. Der E , hier, ist der Elastizitätsmodul, der von dem zu verformenden Material abhängt.
@GlenO Danke, aber ich bin immer noch verwirrt, weil ich verschiedene Perspektiven lese. zum Beispiel hier quora.com/… . Jemand sagt: //Externe Kraft ist die Ursache, und die interne Kraft ist die Reaktion des Systems. Die innere Kraft, die auf einen gegebenen Bereich wirkt, sagt uns die Belastung, die der Körper des Systems erfährt. Im Gegensatz dazu sagt uns die äußere Kraft, die auf einen bestimmten Bereich wirkt, die auf das System ausgeübte Last oder den Druck. Wenn beide Kräfte gleich und entgegengesetzt sind, befindet sich das System im mechanischen Gleichgewicht //
@GlenO Also die Spannung, wenn die verteilte äußere Kraft auf die Oberfläche eines Objekts wirkt. Aber warum hört man manchmal den Ausdruck „innerer Stress“?
@ user134613 - es ist dasselbe, wie Sie selbst über externe und interne Kräfte sprechen können. Die Spannung verteilt sich je nach Material genauso wie die Kräfte. Denken Sie daran, dass Stress eine Beschreibung der lokalen Kraft ist – wenn Sie die Kraft auf ein einzelnes Atom betrachten würden, wäre der Wert winzig und daher nicht besonders aussagekräftig. Wenn Sie sich andererseits Stress ansehen, ist er so skaliert, dass es sich um eine auf jeder Skala vergleichbare Zahl handelt.

Sie haben ein Missverständnis: Die Kraft wirkt nur auf die Fläche, die Ihre Hand berührt, wenn Sie es mit der Fingerkuppe tun, zählt nur die Fläche der Fingerkuppe, nicht die Fläche des Zylinders. Deshalb können Sie einen Nagel mit sehr kleiner Fläche in Holz bekommen, aber nicht Ihren Finger. Wenn Sie mit der Fingerspitze drücken, brauchen Sie mehr Kraft als mit Ihrer flachen Hand.

Die Kraft wird also ganz/vollständig in den Kontaktbereich übertragen. Während die Spannung, die in Ihrem Beispiel durch den "Nagel" erzeugt wird, der Kraft/Kontaktfläche entspricht, da sie aus dem inneren Material des Nagels erzeugt wird. Rechts?
Habe ich es richtig gesagt?
@trula Im letzten Satz denke ich, dass Sie Kraft und Druck verwechseln. Die gleiche Kraft ist erforderlich, um den Zylinder zu bewegen, aber der Druck wird größer sein, wenn Sie mit dem Finger drücken, weil es die gleiche Kraft auf einer kleineren Fläche ist.

Die Antwort ergibt sich aus der Tatsache, dass jeder Teil eines Objekts unabhängig von der betrachteten Position oder Form im Kräftegleichgewicht sein muss . Außerdem muss die innere Verformung aufgrund dieser inneren Kräfte innerhalb eines homogenen Materials glatt und kontinuierlich sein.

Sie können also keine einzelne Linie von Molekülen unter dem Kontakt bis zum Träger laden, da die innere Verformung nicht kontinuierlich ist. Je nach Materialeigenschaften tritt diese Ausbreitung der aufgebrachten Kraft mehr oder weniger bei allen Materialien auf.

Es gibt ein Konzept des Lastpfads, bei dem die am stärksten beanspruchten internen Moleküle auf dem Pfad zwischen der aufgebrachten Last und der Stütze liegen, aber dies ist nur ein Werkzeug zur Erklärung der beobachteten Effekte und keine mathematische Beschreibung dessen, was vor sich geht.

Warum verteilt sich eine Kraft über eine Fläche? Warum konnte die Spannung nicht direkt gleich der Kraft sein?
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