Che cos'è un carico di taglio?
Un carico di taglio è una forza che provoca stress di taglio quando applicato a un elemento strutturale. Lo stress da taglio, che è una forza per unità di superficie, si verifica nel piano perpendicolare allo stress normale; viene creato quando due piani dello stesso oggetto stanno tentando di scivolare uno accanto all'altro. Gli ingegneri devono calcolare il carico di taglio sulle strutture per assicurarsi che non si verifichino guasti meccanici. Un carico di taglio troppo elevato può causare cedimenti o deformazioni permanenti dei materiali.
Le sollecitazioni normali si verificano quando un materiale viene messo in tensione o compressione. In questo caso, entrambe le forze applicate sono lungo lo stesso asse. Se le forze vengono applicate lungo assi diversi, ci saranno sollecitazioni di taglio oltre a quelle normali. Un elemento quadrato del materiale sperimenterà forze che tendono a inclinarlo in un parallelogramma. La sollecitazione di taglio media in un materiale è uguale al carico di taglio diviso per l'area della sezione trasversale in questione.
Mentre lo sforzo di taglio è la forza per unità di area, il carico di taglio si riferisce generalmente solo alla forza stessa. Pertanto, le unità appropriate sono le unità di forza, più comunemente Newton o libbre-forza. Quando un carico di taglio viene applicato a un materiale vincolato, una forza di reazione è responsabile del mantenimento del materiale stazionario. Questa forza di reazione costituisce la "seconda" forza applicata; quando combinato con una forza di reazione, una singola forza può dare origine a sollecitazioni di taglio.
Il carico di taglio è importante nel calcolo delle sollecitazioni all'interno di una trave. L'equazione del raggio di Eulero-Bernoulli mette in relazione il carico di taglio con il movimento di flessione attraverso un raggio. Un momento flettente è la coppia di torsione che provoca la deflessione di un raggio. Il carico di taglio massimo ammissibile su una trave è correlato sia al materiale che alla geometria della trave: travi più spesse realizzate con materiali più resistenti possono sopportare carichi di taglio più elevati.
Quando le forze fanno sì che le sollecitazioni interne diventino troppo elevate, un materiale cederà. La resa in modo permanente modifica la forma rilassata e le dimensioni di un materiale, come accade quando il materiale è libero da forze esterne. Una graffetta può essere facilmente portata a mano al punto di snervamento. La resa non solo distorce la geometria di un materiale, ma può rendere i materiali più sensibili alla frattura. La gestione di questo rischio è di fondamentale importanza per gli ingegneri civili e meccanici.
Decidere quali materiali sono i più forti o con i più alti rendimenti, è più facile da fare attraverso l'esperimento che attraverso l'analisi teorica. È risaputo, ad esempio, che l'acciaio può tollerare più sollecitazioni interne rispetto all'alluminio. La spiegazione del perché questo è il caso è oggetto di diverse teorie concorrenti. Alcune di queste teorie enfatizzano lo stress da taglio come fondamentale per spiegare quando i materiali produrranno.