Odpověď na téma: 42. CP SOČ online – obor 02 fyzika

[Jakub Koňárek]

V praxi se obvykle neměří přímo napětí, ale posuny, ze kterých se napětí, se znalostí závislosti napětí na deformaci (která v našem případě předpokládáme, že je lineární), dopočítá. Pro měření posunů existují přístroje založené většinou na elektrickém, nebo optickém principu. V prvním případě se na povrch zkoumaného tělesa nalepí tenká „nálepka“ s vodivým materiálem, jehož odpor se s měnícími posuny na povrchu mění (anglicky se tento přístroj nazývá strain gauge). To poté ovlivní proud protékající zařízením, který se dá změřit. Druhou metodou je podobná „nálepka“, avšak tentokrát obsahující optická mikrovlákna, kterými jsou periodicky posílány optické signály. Když dojde k natažení nebo stlačení vlákna, dojde ke změně vlnové délky signálu, která jde opět změřit.

Konkrétně k mým příkladům. V deformované tyči je využití přímočaré, tuto „nálepku“ stačí připevnit na nějakou část tyče, která je vetknutá do stěny (nebo něčeho obdobného) a poté ve středu tyče vyvolat chtěnou sílu (což bych v praxi udělal nejspíš tak, že bych použil dvě stejné poloviční tyče a doprostřed připojil nějakou „páku“, na kterou by se dalo působit patřičnou silou.) Poté můžeme porovnávat, zda-li změřené hodnoty posunů odpovídají našemu aproximativnímu řešení na měřené části tyče.

V druhém příkladu připevníme podobné nálepky na plochu stěny a budeme měřit posuny tam. Opět tedy můžeme porovnávat posuny vypočtené naší aproximací a ty změřené. Posuny by se daly měřit také na okraji, kde je stanovena statická okrajová podmínka, tedy v našem případě nejjednodušeji na horním „boku“ stěny. Zde by provedení bylo poněkud komplikovanější, museli bychom do levého horního rohu připevnit např. nějakou tyč, na které bychom vyvolali patřičný posun (který by šel změřit podobně jako v prvním příkladu a případně bychom s ním mohli silou manipulovat). Vetknout stěnu do podložky by nemusel být velký problém a zatížení na pravé straně bychom mohli vyvolat nějakým např. hydraulickým přístrojem. Samozřejmě by bylo vhodné parametry ze zadání upravit vzhledem k experimentu, protože držet se jich přesně by mohlo být komplikované, ale to už je jen technický detail.

V mé práci je uvažována pouze lineární elasto-statika. Je tedy žádoucí, nevyvolávat na systémech v experimentu moc veliké posuny ani síly, abychom zaručili, že závislost napětí na deformaci bude alespoň přibližně lineární.

Děkuji za dotaz a porotu zdravím.
Jakub Koňárek