Was ist eine neutrale Achse?
Eine neutrale Achse ist eine Linie, die durch ein Objekt verläuft und den auf dieses Objekt einwirkenden Kraftmittelpunkt zeigt. An jedem Schnittpunkt durch die Achse sind die auf das Objekt einwirkenden Kontakt- und Expansionsdrücke gleich. Bei einem symmetrischen Objekt liegt die neutrale Achse wie bei einem Strukturstrahl genau in der Mitte des Objekts. Bei einem asymmetrischen Objekt oder einem Objekt mit unverhältnismäßiger Unterstützung ist das Auffinden der neutralen Achse ein sehr komplexer mathematischer Vorgang. Die gebräuchlichste praktische Verwendung für diese Funktion ist die Erstellung von Bögen innerhalb von Mauern und Gebäuden.
Eine Achse ist eine Linie, die durch ein Objekt verläuft. Diese Linien beschreiben einen für das Objekt wichtigen Ort, der sich häufig auf Rotation, Spannung oder Aussehen bezieht. Beispielsweise beschreibt die Achse des Planeten Erde die Linie, um die sich der Planet dreht. Ein Objekt wie ein Kerzenhalter hat oft eine Symmetrieachse. Das Objekt ist auf beiden Seiten der Achsenlinie aus jedem Winkel betrachtet dasselbe.
Jedes Objekt hat auch eine neutrale Achse, dies ist jedoch ein komplizierterer Linientyp. Eine Reihe von Kräften wirkt auf ein Objekt in einer bestimmten Situation. Einige dieser Kräfte bewirken, dass sich das Objekt ausdehnt und andere, dass es sich zusammenzieht. Irgendwo innerhalb des Bereichs des Objekts befindet sich eine Linie, die den exakten Mittelpunkt der Kräfte zeigt, im Grunde genommen die Grenze zwischen den beiden Effekten.
In einem rechteckigen Balken, der an beiden Enden abgestützt ist, wird das Objekt durch die Schwerkraft nach unten gezogen. Durch die Schwerkraft wird der Strahl in eine U-Form gebracht, die im Wesentlichen dazu führt, dass die Mitte des Strahls nachgibt. In diesem Fall wird die Unterseite des Balkens gedehnt und die Oberseite des Balkens komprimiert. Die neutrale Achse verläuft direkt durch die Mitte des Objekts und zeigt die Linie, an der sich die Kräfte treffen und aufheben.
Bei einfachen Objekten ist die neutrale Achse im Allgemeinen leicht zu finden. Bei komplexen Objekten ist es viel schwieriger. Im Gegensatz zu den meisten anderen Arten von Achsen kann diese tatsächlich außerhalb des Objekts existieren. Bei einem Objekt mit unsymmetrischer Form oder unebenen Auflagepunkten kann die Achse, an der die Kräfte gleich sind, in einem Bereich zwischen zwei Punkten liegen, der sich außerhalb der Objektstruktur befindet. Dies bedeutet, dass die auf das Objekt ausgeübten Kräfte ungleichmäßig sind und nicht vollständig ausgeglichen werden können.
Eine der frühesten Anwendungen für die neutrale Achse war der Architekturbogen. Da die Achse durch den Bogen verläuft, ist es möglich, einen Punkt zu finden, an dem die Struktur das darüber liegende Gewicht tragen kann. Solange sich die Achse in der größeren Struktur des Bogens befindet, kann sie eine Tür halten, ohne zusammenzufallen. Die Krümmung des Bogens verleiht der Struktur einen viel größeren Bereich, in dem die Achse im Vergleich zu einer Tür mit gerader Spitze verbleibt.