Какой запас прочности у стальной проволоки площадью поперечного сечения 2 мм^2, если на неё подвесили груз массой 12,5 кг и предел прочности стали составляет 500 МПа?
Подробный ответ:
Запас прочности (или фактор безопасности) — это мера, которая говорит нам, насколько безопасно использовать материал при наличии внешних нагрузок. В данном случае, мы хотим найти запас прочности стальной проволоки.
-
Начнем с формулы для расчета максимальной нагрузки, которую может выдержать проволока, зная её предел прочности:
Максимальная нагрузка=Предел прочности×Площадь поперечного сеченияМаксимальная нагрузка = Предел прочности times Площадь поперечного сечения
-
Теперь мы можем подставить известные значения в формулу:
Максимальная нагрузка=500 МПа×2 мм2Максимальная нагрузка = 500,МПа times 2,мм^2
-
Переведем МПа в Па (Паскали), так как 1 МПа = 1×1061 times 10^6 Па:
500 МПа=500×106 Па500,МПа = 500 times 10^6,Па
-
Теперь у нас есть все необходимые данные, чтобы найти максимальную нагрузку:
Максимальная нагрузка=500×106 Па×2 мм2Максимальная нагрузка = 500 times 10^6,Па times 2,мм^2
-
Площадь поперечного сечения нужно перевести в квадратные метры, так как 1 мм^2 = 1×10−61 times 10^{-6} м^2:
2 мм2=2×10−6 м22,мм^2 = 2 times 10^{-6},м^2
-
Теперь можно вычислить максимальную нагрузку:
Максимальная нагрузка=500×106 Па×2×10−6 м2Максимальная нагрузка = 500 times 10^6,Па times 2 times 10^{-6},м^2
-
Проводим вычисления:
Максимальная нагрузка=1000 НМаксимальная нагрузка = 1000,Н
Таким образом, максимальная нагрузка, которую может выдержать стальная проволока с площадью поперечного сечения 2 мм^2 и пределом прочности стали 500 МПа, составляет 1000 Н (ньютонов).
Чтобы найти запас прочности, можно разделить предел прочности на максимальную нагрузку:
Запас прочности=Предел прочностиМаксимальная нагрузка=500×106 Па1000 Н=500000Запас прочности = frac{Предел прочности}{Максимальная нагрузка} = frac{500 times 10^6,Па}{1000,Н} = 500 000
Таким образом, запас прочности стальной проволоки составляет 500 000, что означает, что проволока может выдержать нагрузку в 500 000 раз больше, чем необходимо для удовлетворительного функционирования.
Конечно, давайте упростим это. Мы хотим узнать, насколько безопасно использовать стальную проволоку с определенными характеристиками.