¿Por qué una fuerza se distribuye sobre un área? ¿Por qué la tensión no puede ser directamente igual a la fuerza?

Entonces, mi pregunta puede parecer tonta. Sé que en la vida real cuando aplicamos una fuerza con la mano y empujamos, digamos un cilindro, sabemos que la fuerza se distribuirá sobre la sección transversal del área, por lo que si tuviéramos un área más amplia, necesitamos más fuerza y si tuviéramos un área más pequeña, entonces necesitamos menos fuerza para empujar el cilindro una cierta distancia.

Así que es intuitivo. El estrés será la fuerza dividida por el área dada.

¿Pero por qué? como lo que sucede en la escala micro, y lo que hace que la fuerza se divida?

Gracias.

Tal vez estoy leyendo mal, pero no es cierto que se necesita más fuerza para mover un cilindro una cierta distancia si el área de aplicación de la fuerza es mayor. Si elige usar su dedo, necesita la misma fuerza que usaría su mano.

Respuestas (3)

En realidad, como dijo @trula, la fuerza externa que aplicas actúa solo en el punto de contacto, pero dado que todos los átomos están conectados entre sí a través de "fuerzas interatómicas" , tu fuerza externa se distribuye a lo largo de la superficie, por lo que debemos definir la fuerza por unidad de área. verbigracia. estrés _

El modelo de primavera de la estructura atómica se explica por sí mismo acerca de la distribución de fuerzas interatómicas.

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Gracias. ¿Pero la tensión en este caso no debería depender también del tipo de material? ya que está relacionado con las fuerzas interatómicas
@ user134613: no es el estrés en sí lo que depende del tipo de material, es la reacción del material al estrés lo que depende del tipo de material.
@GlenO Pero el estrés es la reacción del material a la fuerza aplicada, ¿no es así?
@ user134613 - no, eso se llama "tensión". El estrés es la fuerza que se aplica, la tensión es el resultado del estrés. De hecho, el estrés y la tensión juegan papeles comparables a la fuerza y ​​la aceleración, en el sentido de que F = metro a y, para materiales elásticos, σ = mi ϵ , dónde σ es el estrés y ϵ es la tensión. El mi , aquí, es el módulo de Young, que depende del material que se deforma.
@GlenO Gracias, pero todavía estoy confundido porque leo diferentes perspectivas. por ejemplo aquí quora.com/… . Alguien dice //La fuerza externa es la causa, y la fuerza interna es la respuesta del sistema. La fuerza interna que actúa sobre un área determinada nos indica el esfuerzo experimentado por el cuerpo del sistema. Por el contrario, la fuerza externa que actúa sobre un área determinada nos indica la carga o presión aplicada al sistema. Si ambas fuerzas son iguales y opuestas entonces el sistema estará en equilibrio mecánico//
@GlenO Entonces, el estrés es la fuerza externa distribuida que actúa sobre la superficie de un objeto. Pero, ¿por qué escuchamos a veces la frase "estrés interno"?
@ user134613: es lo mismo que puede hablar sobre las fuerzas externas e internas. El estrés se distribuirá en función del material, de la misma manera que lo harán las fuerzas. Recuerde, el estrés es una descripción de la fuerza local: si observara la fuerza en un solo átomo, el valor sería pequeño y, por lo tanto, no sería particularmente informativo. Por otro lado, si miras el estrés, está escalado para que sea un número comparable en cualquier escala.

Tienes un malentendido: la fuerza es solo en el área que toca tu mano, si lo haces con la yema del dedo solo cuenta el área de la yema del dedo, no el área del cilindro. Es por eso que puedes obtener un clavo con un área muy pequeña en la madera, pero no con el dedo. Si empujas con la yema del dedo, necesitas más fuerza que con la mano plana.

Entonces, la fuerza se transmite total o completamente al área de contacto. Mientras que la tensión, que es producida por el "clavo" en su ejemplo, será de una magnitud igual a la fuerza/área_de_contacto ya que se produce a partir del material interno del clavo. ¿Bien?
¿Lo entendí bien?
@trula En la última oración, creo que estás mezclando fuerza y ​​​​presión. Se necesita la misma fuerza para mover el cilindro, pero la presión será mayor al empujar con el dedo, porque es la misma fuerza en un área más pequeña.

La respuesta proviene del hecho de que cada parte de un objeto debe estar en equilibrio de fuerza sin importar la ubicación o forma considerada. Además, la deformación interna debida a estas fuerzas internas debe ser suave y continua dentro de un material homogéneo.

Por lo tanto, no puede tener una sola línea de moléculas cargadas debajo del contacto hasta el soporte porque la deformación interna no será continua. Dependiendo de las propiedades del material, esta dispersión de la fuerza aplicada ocurre más o menos en todos los materiales.

Existe un concepto de ruta de carga, donde las moléculas internas más estresadas se encuentran en la ruta entre la carga aplicada y el soporte, pero esta es solo una herramienta para explicar los efectos observados, y no una descripción matemática de lo que está sucediendo.

¿Por qué una fuerza se distribuye sobre un área? ¿Por qué la tensión no puede ser directamente igual a la fuerza?
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