Tại sao các công trình sư có thể "nhìn thấy" ứng suất ở bên trong vật liệu?

Các ngoại lực mà kết cấu công trình phải chống chịu trong quá trình sử dụng, thường bao gồm trọng lượng bản thân kết cấu, phụ tải do hoạt động của con người và các loại trang thiết bị đặt trong kiến trúc cùng với các lực tự nhiên như mưa, gió, tuyết, động đất v.v. Căn cứ theo nguyên lý cân bằng giữa lực tác dụng và lực phản tác dụng, trị số nội lực của kết cấu tất nhiên phải bằng ngoại lực. Trên cùng một cấu kiện, nếu lấy tổng số một lực chia cho diện tích mặt cắt ngang của cấu kiện, thì ta được lực trên một đơn vị diện tích, đó là ứng suất ở bên trong vật liệu.

Ứng suất là một thứ không nhìn thấy được và không sờ mó được, thế nhưng con mắt của các công trình sư có thể nhìn thấy ứng suất như tia X quang chiếu xuyên qua vậy, do đó có thể thiết kế hợp lý kích thước ở tiết diện cấu kiện công trình. Như đập nước Để Trụ ở vùng trung lưu sông Hoàng Hà có thể ngăn chặn các cơn lũ lớn, các bệ phóng tên lửa đứng sừng sững giữa trời có thể chống chọi với lực chấn động như chớp giật sóng rền khi phóng tên lửa. Đó là do các công trình sư với con mắt nghề nghiệp đã nhìn thấy ứng suất ở bên trong công trình, sử dụng phối hợp các vật liệu một cách thích đáng.

Vậy thì các công trình sư "nhìn thấy" ứng suất ở bên trong vật liệu như thế nào?

Hoá ra, biến dạng là cái "bóng" của lực, chúng như cây và bóng râm ở dưới ánh sáng Mặt Trời, luôn luôn như hình với bóng. Lực chia cho diện tích mặt cắt ngang của cấu kiện gọi là ứng suất, còn độ biến đổi chiều dài (giãn ra hay co lại) hoặc độ uốn góc chia cho chiều dài ban đầu của cấu kiện thì gọi là biến dạng. Trong cấu kiện có ứng suất thì mới có thể phát sinh biến dạng. Mối quan hệ cùng tồn tại đó của lực và biến dạng đã đặt cơ sở lý luận cho một bộ môn khoa học gọi là "Sức bền vật liệu", chính là thông qua biến dạng có thể thấy được mà các công trình sư nhận biết được ứng suất không thể nhìn thấy.

Quan hệ tỷ lệ giữa ứng suất và biến dạng do nhà khoa học người Anh Húc (Hooke) phát hiện vào thế kỷ XVII, năm 1678 căn cứ vào kết quả thực nghiệm Húc đã đưa ra định luật Húc nổi tiếng: "Trong vật thể có tính đàn hồi, độ lớn của biến dạng tỷ lệ thuận với ngoại lực". Ví dụ bạn dùng hai tay kéo dây chun, nếu dây chun bị kéo ra càng dài, tức là tay bạn dùng lực cũng càng lớn. Nói một cách khác, dây chun biến dạng càng lớn, thì lực kéo mà bên trong nó phải chịu cũng càng lớn. Điều thú vị là quan hệ giữa biến dạng và lực còn là một quan hệ định lượng. Ví dụ một cán bằng cao su to bằng chiếc bút máy, dài khoảng 1 m, ở đầu dưới treo một vật nặng 10 kg, cán cao su sẽ dãn ra chừng 5 cm, nếu treo một vật nặng 20 kg thì dãn ra 10 cm. Điều đó chứng tỏ quan hệ của chúng là theo tỷ lệ thuận. Hệ số tỷ lệ đó, được gọi là "môđun đàn hồi".

Quan hệ tinh tế giữa ứng suất và biến dạng là điều bí ẩn đặc thù của "ánh mắt" các công trình sư, lực tuy không thể nhìn thấy bằng mắt, hình như không có dấu vết để có thể tra tìm rất dễ lọt qua tầm nhìn của người thường, nhưng không thoát khỏi con mắt của các công trình sư.

Tại sao nói cá là tổ tiên của loài lưỡng cư?

Loài cá thở bằng mang, bơi bằng vây, là động vật có xương sống, sống trong nước. ếch là loài lưỡng cư, khi còn nhỏ gọi là nòng nọc, ở trong nước, dùng mang để thở.

Vì sao bốn mùa trong năm không dài như nhau?

Mỗi mùa trong năm không phải tròn trịa bằng số ngày một năm chia cho 4, mà được căn theo thời tiết phục vụ nhà nông. Vì thế, nó chẳng liên quan gì đến phép chia đều.

Tại sao bằng những cách thức khác nhau đưa chữ Hán vào lại có thể tìm thấy cùng một chữ Hán trong máy tính?

Hiện nay máy tính ở Trung Quốc có nhiều cách nhập chữ Hán.

Âm lịch và dương lịch ra đời như thế nào?

Các nước, các dân tộc trên thế giới dùng rất nhiều loại lịch, nhưng chủ yếu có thể quy về 3 loại: Dương lịch, âm lịch, âm dương lịch. Nông lịch mà...

Máy tính gia đình vào mạng thế nào?

Ngày nay khi nói tới vào mạng, dù là chính phủ, doanh nghiệp, gia đình, hay cá nhân vào mạng thì các "mạng" này thường là chỉ mạng Internet.

Tiết kiệm nguồn nước như thế nào?

Hiện nay trên thế giới có hơn 100 quốc gia thiếu nước. Thiếu nước không những cản trở nghiêm trọng đến sự phát triển kinh tế mà còn uy hiếp đến đời...

Việc thay máy tính đời mới là gì vậy?

Xã hội ngày càng tiến bộ, sản phẩm mới thay thế cho sản phẩm cũ, sản phẩm cũ bị đào thải và biến mất. Việc đổi mới đó vốn không phải mới mẻ hiếm hoi...

Tại sao nói CPU là bộ phận trung tâm của máy tính?

Máy vi tính có năm bộ phận chủ yếu hợp thành, đó là: (1) CPU (Central Processing Unit): bộ xử lý trung tâm hay còn gọi bộ vi xử lý. (2) Bộ lưu trữ...

Các kinh, vĩ độ trên Trái Đất được xác định như thế nào?

Mở một trang bản đồ hoặc quay quả Địa Cầu đặt bàn, bạn sẽ thấy trên đó có những đường vạch ngang dọc rất quy chuẩn. Có đường là thẳng, có đường cong,...