حاسبة طاقة الإجهاد

تمثل طاقة الإجهاد الطاقة الميكانيكية المخزنة في جسم ما عندما يتعرض للتشوه. وهي مفهوم أساسي في علم المواد والهندسة، وله أهمية خاصة لفهم سلوك المواد تحت الأحمال.

الخلفية التاريخية

يعود مفهوم طاقة الإجهاد إلى دراسة الخواص الميكانيكية للمواد، خاصة المرونة، ويعود إلى أعمال روبرت هوك في القرن السابع عشر. وهو أمر بالغ الأهمية لتصميم الهياكل والآلات والمكونات الآمنة والفعالة التي يمكنها تحمل مختلف القوى دون فشل.

صيغة الحساب

تُعطى صيغة حساب طاقة الإجهاد (E_s) بواسطة:

\[ E_s = \frac{F \times C}{2} \]

حيث:

• E_s هي طاقة الإجهاد بالجول (J)،
• F هي القوة المُطبقة بالنيوتن (N)،
• C هي الانضغاط (أو التمدد) بالمتر (m).

مثال على الحساب

لقوة مقدارها 500 نيوتن تُسبب انضغاطًا قدره 0.02 متر، تُحسب طاقة الإجهاد المخزنة في المادة كما يلي:

\[ E_s = \frac{500 \times 0.02}{2} = 5 \text{ جول} \]

الأهمية وسيناريوهات الاستخدام

يُعد فهم وحساب طاقة الإجهاد أمرًا ضروريًا في تصميم وتحليل الهياكل والمكونات الميكانيكية. فهو يساعد على التنبؤ بكيفية تصرف المواد تحت الإجهاد، مما يضمن قدرتها على امتصاص الطاقة وتخزينها بأمان دون فشل. وهو مهم بشكل خاص في قطاعات مثل البناء والسيارات والفضاء والتصنيع.

الأسئلة الشائعة

1. ماذا تشير طاقة الإجهاد في مادة ما؟

   • تشير طاقة الإجهاد إلى مقدار الطاقة التي يمكن للمادة امتصاصها وتخزينها عندما تتشوه بفعل قوى مُطبقة.

2. كيف تتعلق طاقة الإجهاد بفشل المادة؟

   • تجاوز قدرة المادة على تخزين طاقة الإجهاد قد يؤدي إلى الفشل، مثل الكسر أو التشوه الدائم. يساعد فهم طاقة الإجهاد في تصميم مواد وهياكل قوية ومتينة.

3. هل يمكن استعادة طاقة الإجهاد؟

   • بالنسبة للمواد المرنة، تكون طاقة الإجهاد قابلة للاستعادة بالكامل عند التفريغ. هذا لا ينطبق على المواد التي تخضع للتشوه البلاستيكي، حيث يتم تبديد جزء من الطاقة كحرارة.

هذه الآلة الحاسبة تبسط عملية تحديد طاقة الإجهاد في مادة ما تتعرض لقوة وتشوه محددين، مما يجعلها أداة قيمة للطلاب والمهندسين والمهنيين في المجالات ذات الصلة.