Deformační křivka

Cvičení 1

Obtížnost 1

Uveďte příklad tří konkrétních materiálů. Správně pojmenujte jejich vlastnosti a oblast, kde se těchto vlastností využívá.

Cvičení 2

Obtížnost 1

Při studiu mechanických vlastností pevných látek pracujeme s tzv. normálovým napětím a mezí pevnosti. Proč nám k porovnání materiálových vlastností nestačí pouze maximální síla, kterou materiál můžeme namáhat?

Cvičení 3

Obtížnost 2

Z následujícího grafu normálového napětí na relativním prodloužení polyethylenu určete mez pevnosti a Youngův modul pružnosti. Je materiál pevný? Elastický?

13.54 – Deformační křivka.
Zdroj
8,9 MPa; 150 MPa; materiál málo pevný, velmi elastický

Cvičení 4

Obtížnost 2

Z následujícího grafu normálového napětí na relativním prodloužení galvanizovaného železa určete mez pevnosti a Youngův modul pružnosti. Je materiál pevný? Elastický?

13.55 – Deformační křivka.
Zdroj
570 MPa; 140 GPa; materiál je pevný, málo elastický

Cvičení 5

Obtížnost 1

Z následujícího grafu odečtěte mez pevnosti skla, keramiky a mědi. Který materiál je nejpevnější? Který materiál je nejhouževnatější?

13.56 – Deformační křivka.
Zdroj
Nejpevnější je keramika – meze pevnosti (Cu, sklo, keramika): 200 MPa, 500 MPa, více než 1 000 MPa; nejhouževnatější materiál je měď, odpovídá to ploše pod grafem (v MPa), kterou můžeme odhadnout zhruba takto (Cu, sklo, keramika): 70 MPa, 25 MPa, 5 MPa

Cvičení 6

Obtížnost 2

Který materiál na následujícím obrázku má největší tažnost? Vysvětlete proč.

13.57 – Deformační křivka.
Zdroj
Největší tažnost má měď. Relativní prodloužení červené křivky dosahuje nejvyšších hodnot.

Cvičení 7

Obtížnost 2

Doma používáme velmi často porcelánové šálky. Když jdeme na piknik, volíme spíše plastové nádobí.

  1. Vysvětlete, proč používáme různé druhy nádobí. Vyjmenujte výhody a nevýhody těchto materiálů.
  2. Jaké vlastnosti by podle vás měl mít materiál, ze kterého vyrobíme zubní výplň? Jmenujte alespoň dva materiály, ze kterých tyto výplně zhotovujeme.
  1. Porcelánové šálky jsou tuhé, ale křehké. Na piknik si raději vezmeme lehké a odolné plastové nádobí. Co se týče estetického vzhledu, v obou kategoriích najdeme krásné i naprosto nevkusné kousky.
  2. Jako výplně se používají například amalgám nebo bílé kompozitní materiály; zubní výplně musí být snadno zpracovatelné, objemově stálé i po vytvrdnutí, dostatečně pevné a zdravotně nezávadné.

Cvičení 8

Obtížnost 2

Na obrázku je nakreslena podepřená stropní deska. Nakreslete, jak se deska zdeformuje vlastní tíhou. Nakreslete, v kterém místě je deska namáhána tlakem a tahem. Rozhodněte, kam je potřeba umístit ocelové výztuže.

13.58 – Schéma stropní desky.
Zdroj
Deska stropní konstrukce namáhána ve spodní části tahem a ve vrchní tlakem. Protože je beton až 25× pevnější v tlaku, je nutné ocelové výztuže umístit do spodní části desky.

Cvičení 9

Obtížnost 2

Na obrázku je nakreslen visutý krakorec (konzola). Nakreslete, jak se zdeformuje vlastní tíhou. Nakreslete, v kterém místě je namáhán tlakem a kde tahem. Rozhodněte, kam je potřeba umístit ocelové výztuže.

13.59 – Schéma visuté konzoly.
Zdroj
Tentokrát je deska deformována v horní části tahem a v dolní části tlakem. Proto i výztuže umístíme do vrchní části konzoly, abychom vylepšili pevnost betonu v tahu.

Mez pevnosti, prodloužení

Cvičení 1

Obtížnost 1

Blok betonu o příčném průřezu 0,01 m2 se rozlomí, když na něj budeme tlačit silou 1 MN. Vypočítejte jeho mez pevnosti v tlaku. Jaké zatížení v kg blok snese?

100 MPa; 105 kg

Cvičení 2

Obtížnost 1

Na následujícím obrázku jsou znázorněna namáhání různých materiálových vzorků. Vysvětlete, proč se vzorek B prodlouží více než vzorek A; proč se vzorek C prodlouží více než vzorek B; D více než C a E více než D.

13.60 – Mechanické namáhání různých vzorků.
Zdroj

Cvičení 3

Obtížnost 1

Mez pevnosti plexiskla je 87 MPa (viz tabulka). Z něj vyrobená tyč má příčný průřez 100 mm2. Co znamená termín „mez pevnosti“? Jak velkou tahovou silou bychom tyč přetrhli?

mez pevnosti je napětí, při kterém dojde k přetržení materiálu; 8 700 N

Cvičení 4

Obtížnost 2

Ocel má mez pevnosti 520 MPa a modul pružnosti 204 GPa.

  1. Jakou silou můžeme maximálně zatížit drát z ní vyrobený, aby nedošlo k jeho přetržení, jestliže má průměr 1,1 mm?
  2. Jaké je v oceli napětí při zatížení drátu odpovídajícím síle 120 N?
  3. O kolik procent se při tomto zatížení drát prodlouží, předpokládáme-li, že stále platí Hookův zákon?
  1. 494 N
  2. 126 MPa
  3. 0,06 %

Cvičení 5

Obtížnost 2

Gumové lano délky 4 m a průměru 50 mm volně visí v opičí kleci. Opice vážící 22 kg se pověsí na jeho konec. Jaká bude délka tohoto lana? Modul pružnosti gumy v tahu je 50 MPa.

Lano se prodlouží o 9 mm, takže jeho délka bude 4,009 m.

Cvičení 6

Obtížnost 2

Jak těžké závaží musíme zavěsit na ocelový drát o klidové délce 2,00 m a tloušťce 1 mm, aby se prodloužil o 1 mm? Modul pružnosti v tahu je pro danou ocel 220 GPa.

Cvičení 7

Obtížnost 3

Měříme modul pružnosti gumové pásky. V oblasti lineární deformace byly naměřeny tyto hodnoty: síla \(F=0{,}5\ \mathrm{N}\pm1\,\%\), příčný průřez \(S=4\ \mathrm{mm}^2\pm3\,\%\), prodloužení \(\Delta l=(0{,}0080\pm0{,}0005)\ \mathrm{m}\) a původní délka \(l_0=(0{,}145\pm0{,}001)\ \mathrm{m}\). Vypočítejte modul pružnosti gumové pásky a odhadněte nejistotu provedeného měření.

\(E=2{,}3\pm0{,}2\ \mathrm{MPa}\)

Cvičení 8

Obtížnost 2

Běžná pálená cihla má rozměry 29 cm × 14 cm × 6,5 cm a hmotnost 4 kg.

  1. Jaký tlak na podložku vyvolá, když leží na své největší straně?
  2. Jak vysokou zeď z těchto cihel bychom teoreticky mohli postavit, je-li její pevnost v tlaku 20 MPa?
  1. 966 Pa
  2. 1346 m

Cvičení 9

Obtížnost 2

Jakou silou je napjata ocelová struna kytary o délce 0,65 m, obsahu průřezu 0,325 mm2, která se prodloužila o 5 mm?

530 N

Cvičení 10

Obtížnost 3

Při našem objevování vesmíru je velmi limitujícím faktorem cena vynesení nákladu na oběžnou dráhu Země. Proto se konstruktéři zabývají myšlenkou kosmického výtahu, který by tyto práce velmi zlevnil. Problém při konstrukci vesmírného výtahu je ten, že nemáme k dispozici materiál, který by unesl svou vlastní váhu a ještě navíc užitečný náklad. Uvažujte lano zavěšené v tíhovém poli konstantní hodnoty.

13.61 – Vizualizace vesmírného výtahu.
Zdroj

Při překročení určité kritické délky se lano zavěšené v gravitačním poli přetrhne pouze svou vlastní tíhou. Vypočítejte tuto kritickou délku pro materiál, který si sami vyberete.

Poznámka: Další podrobnosti o kosmickém výtahu nalzenete například zde: https://web.archive.org/web/20160314170838/http://www.czechnationalteam.cz/?q=content%2Fvesmirny-vytah

Tlačítko pro návrat zpět nahoru na stránce (back to top)