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Capire quanto peso può sostenere un ponte dipende da come risponde allo stress e alla tensione delle auto e degli altri veicoli che lo attraversano. Ma, per i più minuscoli cambiamenti di stress, avrai bisogno di un estensimetro in grado di darti valori di stress che sono molto più piccoli. Il valore microstrain ti aiuta in questo.
MicroStrain
Stress viene misurato usando "sigma" σ = F / A per la forza F su un oggetto e l'area UN su cui viene applicata la forza. Puoi misurare lo stress in questo modo semplice se conosci la forza e l'area. Questo dà tensione alle stesse unità della pressione. Ciò significa che puoi aggiungere pressione su un oggetto come un modo per misurare lo stress su di esso.
Puoi anche capire quanta tensione c'è su un materiale usando il valore di sforzo, misurato da "epsilon" ε = ΔL / L per il cambio di lunghezza d L di un materiale in condizioni di stress diviso per la lunghezza effettiva L del materiale. Quando un materiale viene compresso in una certa direzione, come il peso delle automobili su un ponte, il materiale stesso può espandersi nelle direzioni perpendicolari al peso. Questa risposta di stiramento o compressione, nota come Effetto Poisson, consente di calcolare la deformazione.
Questa "deformazione" del materiale si verifica a livello micro per effetti di microstraina. Mentre gli estensimetri di dimensioni normali misurano le variazioni di lunghezza del materiale nell'ordine di un millimetro o pollici, gli indicatori di microstrain vengono utilizzati per lunghezze di micrometri (usando la lettera greca "mu") μm per il cambiamento di lunghezza. Ciò significherebbe che useresti i valori di ε nell'ordine di 10-6 in grandezza per ottenere microstrain μ__ε. Convertire microstrain in deformazione significa moltiplicare il valore di microstrain per 10-6.
Calibri Microstrain
Da quando il chimico scozzese Lord Kelvin ha scoperto che il materiale conduttore metallico sotto tensione meccanica mostra un cambiamento nella resistenza elettrica, scienziati e ingegneri hanno esplorato questa relazione tra tensione ed elettricità per sfruttare questi effetti. La resistenza elettrica misura una resistenza dei fili al flusso di carica elettrica.
Gli estensimetri utilizzano una forma a zigzig di filo in modo tale che, quando si misura la resistenza elettrica nel filo mentre una corrente scorre attraverso di esso, è possibile misurare quanta tensione viene esercitata sul filo. La forma a griglia a zig-zag aumenta la superficie del filo parallelamente alla direzione della deformazione.
I calibri Microstrain fanno la stessa cosa, ma misurano ancora più minuscole variazioni nella resistenza elettrica all'oggetto, come le variazioni al microscopio nella lunghezza degli oggetti. Gli estensimetri sfruttano la relazione in modo tale che, quando la deformazione su un oggetto viene trasferita all'estensimetro, l'indicatore cambia la sua resistenza elettrica in proporzione alla deformazione. Gli estensimetri trovano impiego in bilance che forniscono misurazioni precise del peso di un oggetto.
Problemi con gli estensimetri
I problemi di esempio dell'estensimetro possono illustrare questi effetti. Se un estensimetro misura una microstrain di 5_μ__ε_ per un materiale di 1 mm di lunghezza, di quanti micrometri cambia la lunghezza del materiale?
Converti la microstraina in deformazione moltiplicandola per 10-6 per ottenere un valore di deformazione di 5 x 10-6e converti 1 mm in metri moltiplicandolo per 10-3 per ottenere 10-3 m. Usa l'equazione per sforzo da risolvere d L con 5 x 10-6 = D L / 10-3 m_. Risolvi per _ΔL come (5 x 10-6) x (10-3) per ottenere 5 x 10-9 mo 5 x 10-3 micron _._