Was genau ist die mechanische Spannung?
Ich kenne die mathematische Formel:
Spannung = Kraft / Fläche
aber was soll ich mir darunter jetzt vorstellung?
Wenn auf einem Körper eine Kraft wirkt, entsteht in ihm mechansiche Spannung.
aber was ist jetzt diese mechanische Spannung?
5 Antworten
du kennst sicher auch den DRUCK. Der ist genau wie die Spannung aus dem Quotient Kraft/Fläche definiert. Den Begriff Druck verwendet man meist nur im Zusammenhang mit Flüssigkeiten. Der Druck in Flüssigkeiten breitet sich nach allen Richtungen gleich aus . . denke an einen hydraulischen Kolben.
Haben wir einen festen Körper, so kann man diesen auf Druck, Zug, Biegung und Torsion belasten.diese 4 Belastungen leiten in den Körper Kräfte ein, welche dann zu Druck-, Zug-, Biege- und Torsionsspannungen führen. Für Druck und Zugspannung gilt dir Definition F/A. Bei Biege und Torsion gibt es andere Definitionen.
Der Begriff "Beanspruchung" ist anders definiert aber stelle dir eine Spannung in einem Festkörper als eine "Beanspruchung" oder "Belastung" des Materials vor. Ist die Belastung in Kraft/Fläche größer als jene, die das Material aushält, bricht oder zerreißt es.
Nehmen wir z.B. eine reine Zugbelastung. Der Werkstoff sei Stahl. Diejenige Zugspannung, bei welcher Stahl versagt, nennt man die Zugfestigkeit. Für eine juten Stahl liegt die Zugfestigkeit bei 1200 N/mm^2. Interessant ist, dass Spinnenseide etwa die gleiche Zugfestigkeit hat... aber deutlich elastischer ist.
Damit kommen wir zur Energiespeicherung: Die Spannung hat nicht unbedingt etwas mit der in einem Werkstoff gespeicherten Energie zu tun. Ein Kollege hat in der Beantwortung das Beispiel "Ast" genannt.
Nehmen wir Stahl oder Beton: diese Werkstoffe halten hohe Zug oder Druckspannungen aus. Nimmt man die Last schnell weg, passiert nichts dramatisches. Grund: eine aufgebrachte Last (Spannung) führt zu recht wenig Verformung. Aus der Mechanik kenne wir: Energie (Arbeit) = Kraft*Weg. Ist der Weg recht klein, ist auch wenig Energie gespeichert.
Bei einem Seil aus Spinnenseide wäre das schon wieder anders, denn Spinnenseide ist recht elastisch und kann deshalb auch Energie speichern. Anwendung: Schutzwesten gegen Beschuß.
Soweit mein kleiner Ausflug . . hoffe, es hat dir was gebracht.
Betrachtet wird ein Stahlstab mit quadratischen Querschnitt.
a=10 mm Querschnittsfläche somit A=a*a=a^2=10^2=100 mm^2
Dieser Stab wird mit einer Zugkraft von 20000 N (ca.2000 kg) belastet
Zugspannung somit sigma (zug)=F/A=20000 N/100mm^2=200 N/mm^2
Baustahl St-37 versagt bei einer Spannung von ca. 370 N/mm^2
Fazit : Ein Baustahl St-37 hält diese Spannung aus.
Hinweis : Man rechnet im Maschinenbau mit Sicherheiten,also mit zulässigen mechanischen Spannungen,die das Material zuverlässig aushält,ohne das es zu einen Bruch kommt.
HINWEIS : Der Wert für St-37 (370 N/mm^2) ist ein garantierter Werte,die der Stahl aushält.Wenn der Stah eine höhere Spannung aushält,dann hat man halt Glück gehabt.Stahl enthält verunreinigungen,die man nicht ganz vermeiden kann.
Ich interpretiere es so, dass du eine qualitative Analyse von mechanischer Spannung benötigst.
Für den Aufbau einer mechanischen Spannung muss Arbeit in die reversible Verformung eines Körpers investiert werden. Das kann eine Feder sein, die nach der Dehnung eine potentielle mechanische Energie in sich gespeichert hat, das kann auch eine Metallstange sein, die nach einer Verformung bis zu einem Punkt eine mechanische Spannung inne hat.
Anmerkung zur reversiblen Verformung:
Wenn man einen Körper zu stark verformt, dann tritt ab einem gewissen Punkt die irreversible Verformung ein. Das ist dann der Fall, wenn man, um bei den Beispielen zu bleiben, die Feder so stark dehnt, dass ihre Länge sich nachhaltig verändert und die Metallstange so stark biegt, dass sie danach ebenfalls ihren ursprünglichen Zustand nicht wieder herstellt, sondern krumm bleibt, obwohl sie vorher gerade war.
Vielleicht hast du ja Glück und es verirrt sich ein Physiker hierher, der dir die Frage sicherlich noch etwas besser beantworten kann.
Spannung kommt von Spannen und Ziehen.
Die Spannung, ist Ähnlich wie der Druck die auf die Fläche bezogene Kraft, die versucht die Lage oder Form eins Körpers zu verändern.
Wenn Du mit einer Gruppe im Wald spazieren gehst und der/die vor Dir einen Ast zur Seite biegt, um an ihm vorbeizukommen und beim Loslassen Dir das Teil in die Schnauze peitscht, dann hast Du ein wunderbares Beispiel für mechanische Spannung erlebt...
was meinst du mit Lage? etwa Position des Körpers?