Was ist Spannungskraft?
Ein Verständnis der Kraft und wie sie einen Gegenstand oder ein Material beeinflusst, ist für jede Art von Konstruktion wichtig. Die drei Hauptarten mechanischer Kräfte sind Ziehen, Drücken und Scheren. Die Spannung oder Zugkraft ist ein Beispiel für eine Zugkraft und wird typischerweise in Pfund (lbs) oder Newton (N) gemessen. Die Zugkraft spielt in vielen Bereichen der Physik, des Maschinenbaus und des Bauingenieurwesens eine Rolle.
Ein effektiver Weg, um diesen Mechanismus besser zu verstehen, ist die Verwendung eines Seils oder Kabels. Ein Seil kann nicht verwendet werden, um einen Gegenstand über eine flache Oberfläche zu schieben. Schnüre, Seile, Kabel und Ketten werden dort eingesetzt, wo eine Zugkraft erforderlich ist. Wenn Sie ein Gewicht an das Seilende hängen, wird am Seil gezogen. Die durch das Gewicht erzeugte Zugkraft wird als Zugkraft bezeichnet .
In diesem Beispiel wirkt eine Spannkraft auf die gegenüberliegenden Enden des Seils und zieht es fest. Die Kraft wird in Richtung des Seils ausgeübt. Gegenstände an beiden Enden des Seils erfahren eine Zugkraft, die der Zugkraft entspricht. In ähnlicher Weise sind mechanische Komponenten, die zum Stützen und Verstärken von Brücken und Gebäuden verwendet werden, üblicherweise Zugkräften ausgesetzt. Dazu gehören Objekte wie Kabel, Drähte, Stützpfeiler und Träger.
Spannungsbelastung führt dazu, dass sich ein Material ausdehnt oder dehnt. Ein sehr flexibler Gegenstand, wie beispielsweise ein Gummiband, dehnt sich sehr stark, wenn eine Zugkraft ausgeübt wird. Weniger biegsame Materialien wie Kunststoff und Stahl dehnen sich ebenfalls, wenn eine Zugkraft ausgeübt wird, jedoch in viel geringeren Mengen.
Kraft und Bewegung werden durch Newtons erstes Bewegungsgesetz in Beziehung gesetzt. Dieses Gesetz besagt, dass ein Körper in Ruhe oder in gleichmäßiger Bewegung bleibt, es sei denn, er ist gezwungen, diesen Zustand durch eine auf ihn einwirkende Kraft zu ändern. Eine Zugkraft bewirkt, dass sich ein Objekt durch Ziehen bewegt. Das Newtonsche Gesetz wird anhand eines einfachen Beispiels eines Kinderwagens veranschaulicht, der auf einer ebenen Fläche ruht. Der Wagen bleibt in Ruhe, bis eine externe Kraft auf den Griff ausgeübt wird, wodurch sich der Wagen bewegt.
Wenn eine Kraft ausgeübt wird, führt dies zu inneren Spannungen im Material. Wenn die Kraft hoch genug ist, kann die innere Spannung übermäßig werden und zu einer dauerhaften Dehnung oder zum völligen Versagen führen. Bei der Auswahl von Werkstoffen für den Maschinenbau und Konstruktionsanwendungen ist es sehr wichtig, die durch die aufgebrachte Zugkraft verursachten Spannungen zu verstehen. Die aufgebrachte Kraft muss ausreichend gering sein, um innere Spannungen zu vermeiden, die zu bleibender Verformung oder zum Versagen führen können.