Ursprung der Spannung

Eine vereinfachte Erklärung ist wie folgt. Wenn zwei Moleküle einen gewissen Abstand voneinander haben, gibt es einige anziehende Kräfte zwischen ihnen, die über die abstoßenden Kräfte dominieren. Je näher sie kommen, desto stärker werden die abstoßenden Kräfte, bis bei einem kritischen Abstand die Kräfte ausgeglichen sind.

Die Saite befindet sich, wenn sie auf dem Boden liegt, im Gleichgewicht, weil sich die anziehenden und abstoßenden Kräfte zwischen ihren Molekülen gegenseitig ausgleichen. Wenn wir die Saite straff ziehen, ziehen wir ihre Moleküle tatsächlich leicht auseinander, wodurch die Abstoßungskräfte verringert werden, weshalb in der Saite eine nach innen gerichtete Nettokraft entwickelt wird. Wenn wir die Kraft weiter erhöhen, kommt ein Punkt, an dem die abstoßenden Kräfte vernachlässigbar sind. Jetzt können die Anziehungskräfte nicht weiter zunehmen und danach reißt die Saite.

Wenn man z.B. mit zwei unterschiedlichen Kräften an einer Schnur zieht$10N$von links u$2N$von rechts, und seine Masse ist$1kg$, dann beschleunigt er nach links mit$8 m/s$. Die Spannung nimmt linear ab$2N$am linken Ende zu$8N$am rechten Ende.

Die Molekularstruktur von Saiten ist so, dass sie Spannung nur in eine Richtung liefern können. Auch alltägliche feste Gegenstände wie Glas zeigen sowohl Zug- als auch Druckkräfte.

Die Gesamtspannung ist eine Körperreaktionskraft auf eine stimulierende Kraft (Gewicht, Ziehen, äußere usw.) und ist ein spezifischer Fall eines allgemeineren Körperspannungs- Vektorfeldes , wie:

Und ja, die Spannung steigt proportional zur aufgebrachten Kraft. Materialien brechen, wenn der auf sie ausgeübte Druck die Zugfestigkeit übersteigt/erreicht , gemessen in$\text{Pa}$:

Im obigen Spannungs-Dehnungs-Diagramm ist es ein Extrempunkt (1).

Die Spannungskraft ist wie die Normalkraft nur ein Aspekt der elektromagnetischen Kräfte, die zwischen Molekülen wirken.

1 : Du kannst mit einem Seil nichts schieben und wenn du das versuchst, knickt das Seil ein. Warum ?

Um dies zu verstehen, nehmen wir ein Beispiel von Magneten.

Wenn Sie gleiche Pole näher und näher bringen, erfahren Sie eine immer größere Abstoßungskraft (weil die Elektronenwolken, die den Kern umgeben, sehr nahe kommen und die Coulomb-Kräfte zunehmen) . Vielleicht haben Sie auch bemerkt, dass Sie, wenn Sie die gleichen Pole der Magnete näher bringen, die meiste Zeit seitwärts gedrückt werden, wie unten gezeigt, selbst wegen einer kleinen Störung in der Richtung der externen Kraft.

Genau das passiert in einem Seil. Wenn Sie versuchen, die Moleküle näher zu schieben, stoßen sich die Elektronenwolken nur mit geringeren Anziehungskräften vom Kern ab und die Moleküle rutschen aufgrund einer leichten Änderung der Richtung oder des Angriffspunkts der äußeren Kraft und meistens übereinander Durch dieses Rutschen wird das Seil von den Seiten geknickt.

2 : Wenn mit zwei unterschiedlichen Kräften gezogen wird, beschleunigt die Saite in Abhängigkeit von ihrer Masse in Richtung der Nettokraft.

3 : Ja, die Kraft nimmt in gewissem Maße proportional zur äußeren Kraft zu, und wenn Sie die äußere Kraft stärker erhöhen, können die intermolekularen Kräfte nicht entsprechend zunehmen.

Sie können sich die interne Struktur so vorstellen

Wenn Sie versuchen zu dehnen, reagieren die intermolekularen Kräfte entsprechend, aber Sie wissen, dass sich sogar Federn verformen, wenn Sie eine größere Kraft aufbringen, und genau auf diese Weise konnten die intermolekularen Anziehungen nicht entsprechend steigen und Dinge (in Ihrem Fall Saiten) brechen.

4 : Was auch immer Sie um sich herum sehen, sei es fest, flüssig oder gasförmig, sie alle stehen unter dem Einfluss elektromagnetischer Kräfte. Im Fall von Feststoffen können Moleküle komprimiert werden, aber nicht um einen großen Betrag (weil sie bereits sehr nahe beieinander liegen), was Sie bemerken können (obwohl Sie die Komprimierung bei einigen speziellen Arten von Feststoffen bemerken können) und sie können es nicht leicht sein aufgrund dieser elektromagnetischen Kraft durch Dehnung gebrochen oder verlängert. Flüssigkeiten lassen sich stärker komprimieren, Gase am stärksten.

5 : Wenn Sie Büroklammern biegen, werden die Atome von der Stelle getrennt, an der Sie die Büroklammer biegen. Woher weiß ich das?

Vielleicht ist Ihnen schon aufgefallen, dass durch mehrmaliges Biegen zunächst das Ende stumpfer wird als andere Teile des Clips und wenn Sie damit weitermachen, bricht es schließlich . Die Mattheit der Farbe deutet darauf hin, dass die Atome getrennt werden und es weniger Atome gibt, die Photonen erneut emittieren. Wenn Sie den Clip entfalten, konnten sich die Atome nicht in demselben früheren Muster neu anordnen, und auf diese Weise beginnt der Clip zu schwächen. Bei Seilen geschieht dies nicht, weil die Atome in den Seilen ihre ursprüngliche Position wiedererlangen und wir kaum eine Dehnung oder Stumpfheit bemerken und diese Eigenschaft, die ursprüngliche Struktur wiederzuerlangen, von der Natur der Atome und dem Ausmaß zwischenmolekularer Kräfte abhängt.

Betrachten Sie die Bilder unten

Hinweis : Das Bild der intermolekularen Struktur stammt von hier. Die beiden obigen Bilder sind stark übertrieben und die Atome sind sehr nahe beieinander.

Hoffe es hilft 🙂.