O que é uma carga de cisalhamento?

Uma carga de cisalhamento é uma força que causa tensão de cisalhamento quando aplicada a um elemento estrutural. A tensão de cisalhamento, que é uma força por unidade de área, ocorre no plano perpendicular à tensão normal; é criado quando dois planos do mesmo objeto estão tentando passar um pelo outro. Os engenheiros precisam calcular a carga de cisalhamento nas estruturas para garantir que não sofram falhas mecânicas. Uma carga de cisalhamento muito alta pode fazer com que os materiais cedam ou se deformam permanentemente.

As tensões normais ocorrem quando um material é colocado em tensão ou compressão. Nesse caso, as duas forças aplicadas estão no mesmo eixo. Se as forças forem aplicadas ao longo de diferentes eixos, haverá tensões de cisalhamento além de tensões normais. Um elemento quadrado do material experimentará forças que tendem a enviesá-lo em um paralelogramo. A tensão de cisalhamento média em um material é igual à carga de cisalhamento dividida pela área de seção transversal em questão.

Enquanto a tensão de cisalhamento é a força por unidade de área, a carga de cisalhamento geralmente se refere apenas à própria força. Portanto, as unidades apropriadas são as unidades de força, mais comumente Newtons ou libras-força. Quando uma carga de cisalhamento é aplicada a um material restrito, uma força de reação é responsável por manter o material estacionário. Essa força de reação constitui a "segunda" força aplicada; quando combinada com uma força de reação, uma única força pode originar tensões de cisalhamento.

A carga de cisalhamento é importante no cálculo das tensões dentro de uma viga. A equação da viga de Euler-Bernoulli relaciona a carga de cisalhamento ao movimento de flexão ao longo de uma viga. Um momento de flexão é o torque de torção que faz com que uma viga se desvie. A carga máxima permitida de cisalhamento em uma viga está relacionada ao material e à geometria da viga - vigas mais grossas feitas de materiais mais fortes podem suportar cargas de cisalhamento mais altas.

Quando as forças fazem com que as tensões internas se tornem muito altas, um material cede. O rendimento altera permanentemente a forma e o tamanho relaxados de um material, como ocorre quando o material está livre de forças externas. Um clipe de papel pode ser facilmente levado ao ponto de escoamento manualmente. O rendimento não apenas distorce a geometria de um material, mas também pode torná-lo mais suscetível à fratura. O gerenciamento desse risco é de importância crucial para os engenheiros civis e mecânicos.

Decidir quais materiais são os mais fortes ou com os pontos de maior rendimento é mais fácil através da experiência do que através da análise teórica. É de conhecimento geral, por exemplo, que o aço pode tolerar mais tensões internas do que o alumínio. A explicação de por que esse é o caso é objeto de várias teorias concorrentes. Algumas dessas teorias enfatizam o estresse de cisalhamento como fundamental para explicar quando os materiais renderão.