Che cos'è la rigidità del raggio?
Nell'ingegneria strutturale, la rigidità del raggio è la capacità di un raggio di resistere alla flessione o alla flessione, quando viene applicato un momento flettente. Si verifica un momento flettente quando viene applicata una forza da qualche parte nel mezzo di una trave fissata a una o entrambe le estremità. Si verificherà anche se viene applicata una coppia al raggio, sebbene ciò sia meno comune nelle applicazioni del mondo reale. La rigidità del raggio è influenzata sia dal materiale del raggio sia dalla forma della sezione trasversale del raggio.
La motivazione per progettare un raggio che resiste alla deflessione è facile da apprezzare nel caso di un ponte. Ad esempio, il calcestruzzo è ottimo per la sua resistenza a compressione, ma un ponte fatto esclusivamente di calcestruzzo sarebbe una scelta sbagliata. Il calcestruzzo non è forte quando è piegato; un ponte di cemento si piegherà nel mezzo a causa della gravità e probabilmente cadrà a pezzi. Il ponte potrebbe essere molto più forte se avesse una sorta di fondamento, o scheletro, per impedirgli di deviare troppo nel mezzo.
La rigidità del raggio può essere calcolata utilizzando due fattori. Il primo fattore è il modulo elastico . Questa è una proprietà materiale che si riferisce alla tendenza del materiale a deformarsi o allungarsi quando viene applicato lo stress. Se la trave è in acciaio inossidabile, avrà un modulo elastico superiore rispetto, per esempio, all'alluminio. Questo perché se le stesse forze vengono applicate alla stessa forma di acciaio e alluminio, l'oggetto in acciaio si deformerebbe di meno. Anche se i metalli non si deformano molto rispetto agli elastici, si comportano allo stesso modo; si estendono proporzionalmente a quanto una forza li attira. Pertanto, una trave realizzata con un materiale con un modulo elastico elevato avrà un'elevata rigidità della trave, rendendola meno incline a piegarsi.
L'altro fattore di rigidità del raggio è il momento di inerzia dell'area della sezione trasversale del raggio. Ciò ha a che fare con la distribuzione verticale del materiale vicino o lontano dal centro della trave. Un fascio spesso utilizzato nell'ingegneria civile con un momento di inerzia di area elevata è il raggio I. Si chiama trave I a causa della sua sezione trasversale, che ha la forma della lettera "I". Questa forma focalizza gran parte del materiale verso il fondo e la parte superiore della sezione trasversale con solo materiale sufficiente nelle regioni centrali per collegare le parti esterne. Il motivo di questa forma è che massimizza il momento di inerzia dell'area per una determinata quantità di materiale. Il materiale più comune utilizzato nelle travi a I è l'acciaio, che fornisce un elevato modulo elastico. Queste due proprietà della trave a I conferiscono una rigidità del fascio molto elevata.