剪切力：表面力和质量力 - 物理

所述剪切力是这样的化合物力，其特征在于平行于在其上施加并趋于分裂体，取代从切割产生的部分的表面上。

在图1中示意性地示出了该视图，其中示出了施加到木笔的两个不同点的切割力。剪切力又需要两个平行且相反的力，这取决于它们的强度，它们能够使铅笔变形或使其最终断裂。

图1.用手施加的剪切力导致铅笔断裂。资料来源：

因此，即使我们以单数形式谈论剪切力，实际上也施加了两个力，因为剪切力是复合力。这些力由施加在对象上不同点的两个力（或更复杂的情况下，两个力）组成。

具有相同大小和相反方向但作用线平行的两个力构成一对力。由于它们的结果为零，所以它们对不提供平移，但它们确实提供了净转矩。

像图2所示的铅笔和木板一样，用一对来旋转诸如车辆方向盘之类的物体，或者它们可能变形和折断。

图2.剪切力将木条分为两部分。请注意，力与原木的横截面相切。资料来源：F. Zapata。

表面力和质量力

复合力是所谓的表面力的一部分，正是因为它们被施加在物体的表面上并且与质量无关。为了阐明这一点，让我们比较一下经常作用在物体上的这两个力：重量和摩擦力。

重量的大小为P = mg，并且由于它取决于身体的质量，因此它不是表面力。它是质量力，而重量是最典型的例子。

现在，摩擦力取决于接触表面的性质，而不取决于其作用的物体的质量，因此，它是经常出现的表面力的一个很好的例子。

表面力可以是简单的也可以是复合的。我们已经看到了剪切力中的复合力的示例，就其本身而言，摩擦表示为简单的力，因为单个箭头足以在对象的孤立主体图中表示它。

简单的力负责打印出物体运动的变化，例如，我们知道运动物体与运动物体表面之间的动摩擦力会导致速度降低。

相反，复合力会使物体变形，在剪切或剪切的情况下，最终结果可能是割伤。其他表面力（例如拉力或压缩力）会延长或压缩作用于其上的身体。

每次将番茄切成酱料或用剪刀将纸切成薄片时，都适用上述原理。切削工具通常具有两个锋利的金属刀片，以在要切碎的物体的横截面上施加剪切力。

图3.作用中的剪切力：其中一种力是由刀片施加的，另一种是切菜板所施加的正常的力。资料来源：katemangostar创建的美食照片-freepik.es

剪力的影响取决于力的大小和作用力的面积，因此在工程中，剪力的概念被广泛使用，它既考虑力又考虑面积。

这种应力还有其他含义，例如剪应力或剪应力，在民用建筑中考虑这一点极为重要，因为结构中的许多破坏都来自剪力的作用。

在考虑以下情况时会立即理解其有用性：假设您有两根相同材料但厚度不同的钢筋，它们承受的力不断增大，直到它们断裂。

显然，要打断较粗的杆，必须施加更大的力，但是对于任何具有相同成分的杆，其作用力是相同的。鉴于选择正确的材料以使投影结构发挥最佳功能的重要性，此类测试经常在工程中进行。

在数学上，如果将剪应力表示为τ，将施加力的大小表示为F，并将其作用的面积表示为A，则我们得到的平均剪应力为：

作为力与面积之比，国际体系中的工作单位为牛顿/ m ²，称为帕斯卡，缩写为Pa。在英语系统中，磅力/英尺²和磅力/英寸²。

现在，在许多情况下，一旦应力停止作用，经受剪切应力的物体就会变形，然后恢复其原始形状，而不会实际断裂。假设变形包括长度的变化。

在这种情况下，应力和应变是成比例的，因此可以考虑以下内容：

符号∝表示“与…成比例”，就应变而言，它定义为长度变化（称为ΔL）与原始长度（称为L _{o）之间的商}。通过这种方式：

作为两个长度之间的商，应变没有单位，但是当放置等号时，比例常数必须提供它们。调用G表示常量：

G称为剪切模量或剪切模量。它在国际体系中具有帕斯卡单位，其价值取决于材料的性质。这样的值可以在实验室中通过测试不同力对不同成分的样品的作用来确定。

当需要根据上一个公式确定剪切力的大小时，只需替换应力的定义即可：

剪切力非常频繁，在科学和技术的许多方面都必须考虑到它们的影响。在结构中，它们出现在梁的支撑点处，它们可能在事故中出现并折断骨头，并且它们的存在能够改变机械的运行。

由于构造活动，它们大量作用于地壳，导致岩石破裂和地质事故。因此，他们还负责不断塑造地球。