إجهاد القص: تعريف وتأثيراته في الهندسة والمواد

الإجهاد

تتعرض المواد المختلفة أثناء استخدامها في التطبيقات الهندسية للعديد من القوى التي تؤثر عليها بطرق متعددة، وذلك وفقًا لطبيعة هذه القوى والموقع الذي تتواجد فيه. كما أن العناصر المتنوعة في التطبيقات الهندسية تتأثر بهذه القوى بشكل مختلف، وذلك بناءً على المكان الذي توجد فيه هذه القوى وكذلك المكان داخل العنصر ذاته. كل نقطة في العنصر تتفاعل مع القوة المؤثرة عليه بطريقة فريدة، ويُعرف تأثير هذه القوى على العناصر بالإجهاد، والذي يُعبر عن أثر القوة على وحدة المساحة. وعادةً ما تكون وحدة قياس الإجهاد هي نيوتن/م².

إجهاد القص

يعد إجهاد القص من أنواع الإجهادات المختلفة، حيث يعبر عن القوة المطبقة على المساحة العرضية للمادة، والتي تكون موازية للقوة المؤثرة على العنصر. يختلف إجهاد القص عن الإجهاد الإسمي، حيث أن الإجهاد الإسمي يعبر عن القوة المطبقة على مساحة المقطع العرضي العمودي على القوة. يؤدي الإجهاد الإسمي إلى ظاهرتي التمدد والانضغاط، بينما يؤدي إجهاد القص، كما يوحي اسمه، إلى حدوث قص في المادة في المنطقة التي تتعرض لأعلى ضغط. يمكن تصور تأثير إجهاد القص على المواد المختلفة كما هو الحال عند استخدام المنشار لقطع قطعة من الحديد، فكان تأثير إجهاد القص يشبه تأثير المنشار في المادة.

نشأة إجهاد القص

ينشأ إجهاد القص بطرق مختلفة، من بينها التعرض لقوة موازية للمقطع العرضي. كما يمكن أن ينشأ من تأثير التواء أو حدرجة (Torsion) الناجم عن تطبيق عزم دوران (Torque) على العنصر أو العمود. يتجه الدوران عموديًا على المقطع العرضي للعنصر وفقًا لقاعدة اليد اليمنى، مما يعني أن محور الدوران يكون عموديًا على المقطع العرضي. على سبيل المثال، يمكن ملاحظة ذلك عندما يقوم الشخص بلي عمود حديدي، حيث ينقطع هذا العمود في النهاية نتيجة لتطبيق عزم دوران مناسب، مما يشبه عملية القص باستخدام المنشار.

استخدامات إجهاد القص

يعتبر إجهاد القص من المبادئ الأساسية في الميكانيكا والهندسات المتنوعة. يتم استخدامه لحساب وتحليل العديد من الضغوط المختلفة التي تتعرض لها المواد. بالإضافة إلى ذلك، يُستخدم إجهاد القص في تصميم الأبنية والتطبيقات الهندسية التي تتعرض للأحمال. فمن أبرز استخداماته تصميم واختيار الروابط المختلفة في التطبيقات الهندسية، حيث يصل إجهاد القص إلى أعلى مستوياته في مناطق الربط بين العناصر، سواء كانت هذه الروابط ميكانيكية كالمسامير أو روابط أخرى مثل اللحام والغراء.