2. Деформація зсуву.
Зсувом називають
таку деформацію твердого тіла, при якій
всі його плоскі шари, не викривлюючись
і не змінюючись у розмірах, зміщаються
паралельно один одному (рис.6.1.3). Зсув
відбувається під дією дотичної сили,
яка прикладена до тіла паралельно
площині зсуву. На рисунку 5.1.3 така дотична
сила прикладена до верхньої грані тіла,
а нижня закріплена нерухомо. Відношення
такої дотичної сили до площі
шару тіла, яке зазнає деформації зсуву,
називається дотичним або тангенціальним
механічним напруженням:
.
(6.1.5)
І так само, як нормальне напруження чи тиск, вимірюється у паскалях.
Абсолютна деформація
зсуву або абсолютний зсув
визначає лінійне зміщення шару тіла
від попереднього положення. Звичайно,
що сам абсолютний зсув ще не є повною
кількісною характеристикою деформації
зсуву всього тіла. Необхідно враховувати
відстань між шарами, тобто, ввести
поняття відносної деформації зсуву.
На рис.6.1.3 відстань
– відстань між шарами тіла. При малих
зсувах
,
(6.1.6)
і цей кут
називають відносним зсувом, і для
пружних деформацій він пропорційний
дотичному механічному напруженню:
.
(6.1.7)
Величина
,
яка визначає пружні властивості тіла
при його деформації зсуву, називається
модулем
зсуву. Якщо
,
то
.
Отже,
модуль зсуву для речовини даного тіла дорівнює такому дотичному механічному напруженню, яке викликало би у цьому тілі відносний зсув, рівним одиниці у випадку пружної деформації.
Деформації зсуву враховуються та розраховуються при конструюванні та виготовлені різноманітних технічних деталей та конструкцій. У природі теж мають місце явища, пов’язані з деформацією зсуву. Так, у геологічних масштабах зсув – сповзання і відрив мас гірських порід вниз схилом під дією тяжіння. Характер і масштаби зсуву можуть бути різними: починаючи від невеликих зсувів (рис.6.1.4) до катастрофічних наслідків, викликаних зсувом величезної маси гори (рис.6.1.5). Особливо небезпечні наслідки мають підводні зсуву гірських порід, які приводять до руйнівних цунамі.
3. Деформація кручення.
Д
еформація
кручення виникає у тілі, якщо один
переріз тіла закріплений нерухомо, а
на другий переріз діє обертальний
момент сили. Наприклад, нижня основа
циліндра, як вказано на рис 6.1.6, закріплена
нерухомо, а верхній переріз почнемо
обертати, так що вісь обертання співпадає
з віссю ОО циліндра. (Для зручності
обертання у циліндрі біля верхнього
перерізу зробимо отвір у який вставимо
стержень і ним будемо проводити
обертання).
Під дією обертального моменту сили всі поперечні перерізи циліндра повертаються відносно осі ОО на деякі кути, які тим більші, чим далі поперечні перерізи знаходяться від нижнього нерухомо перерізу. Звичайно, що найбільший кут буде для верхнього перерізу, і цей кут називається кутом кручення. При деформації кручення має місце паралельний зсув шарів тіла одне відносно одного. Тому розрахунок деформації кручення може бути зведений до розрахунку деформації зсуву. Опускаючи такі розрахунки, кінцева формула, яка встановлює залежність між моментом сили М, який закручує на кут однорідний круглий стержень (циліндр) довжиною та радіусом має наступний вигляд:
,
(6.1.8)
де – модуль зсуву для матеріалу стержня.
На основі деформації кручення бузуються принципи роботи багатьох вимірювальних приладів. Пружний елемент, що зазнає деформації кручення називається торсіон (від англійського torsion – кручення). Знаючи пружні властивості торсіона і вимірявши його кут закручування, можна визначити момент сили, що закручує цей торсіон. Торсіони з дуже малим значенням модуля зсуву використовуються в надзвичайно чутливих торсійних терезах для визначення маси (точніше ваги) невеликих взірців речовини. Так, на рис.6.1.7 наведено загальний вигляд сучасних цифрових торсійних терезів, які визначають масу тіл з точністю 0,01 мг.
Застосування торсіонів в реології було розглянуто при описі ротаційних віскозиметрів. Більшість електровимірювальних приладів теж використовують торсіони як пружні осі обертання рамки зі струмом у магнітному полі, де деформація кручення торсіона пропорційна електричному струму.