חוזק חומרים

חוזק חומרים, הוא ענף בהנדסה בכלל ובמכניקה שימושית בפרט, העוסק בהתנהגות של גופים בהשפעת עומס חיצוני, בהתנגדות הפנימית של הגוף התלויה בחומר ובמעוות כתוצאה מהעומס.

תמונה של דף בספרו של גלילאו גליליי, "שיחות על שני מדעים חדשים", המראה ניסוי כפיפה

הקשר בין מאמץ למעוות הנתון על ידי חוק הוק

ידיעת תכונות החומר וניתוח הכוחות הפועלים על הגוף הם הבסיס להנדסת בניין ולתכנון חלקי מכונות, שלא יהרסו, לא יתעוותו באופן שלא יוכלו לתפקד, זאת תחת אילוצים כמו מחיר נמוך או משקל מינימלי. חוזק החומרים משתמש מצד אחד בשיטות מתמטיות ובעקרונות המכניקה והסטטיקה ומצד שני בניסויים מדעיים ובמבחנים מעשיים המגדירים את תכונות החומר והמגדירים קבועים נסיוניים שונים המופיעים בנוסחאות.

כוחות פנימיים

חקירת הכוחות הפנימיים בגוף העומד בעומס חיצוני נקראת אנליזה של גוף חופשי. קביעת החלוקה וקביעת העוצמה של הכוחות הפנימיים בגוף נקראת אנליזת מאמצים. אנליזת מאמצים עוסקת במאמצים ובמעוותים. כוחות התגובה הפנימיים בגוף נובעים מהשיעור ומהאופי של הכוחות הפועלים על הגוף, מצורת הגוף ומתכונות החומר. בגוף עשויים להתפתח:

• מאמצים ומעוותים של מתיחה או של לחיצה המאריכים או מקצרים את אורך הגוף.
• מאמצים ומעוותים של גזירה או של פיתול הגורמים להחלקה בין חלקי הגוף או למעוות זוויתי.
• מאמץ ומעוות של כפיפה הנוצרים כאשר מומנט כפיפה או זוג כוחות הפועל על הגוף משנים את העקמומיות שלו.

אנליזה

האנליזה בחוזק חומרים נותנת את מאמצי ההתנגדות של החומר למתיחה, לחיצה, גזירה, פיתול וכפיפה. האנליזה של חוזק החומרים בוחנת את ההתאמה של מבנה או של חלק מכונה לחוזק ולקשיחות הדרושים ממנו. חוזק חומרים הוא הענף בהנדסה העוסק במעוות של הגוף כאשר פועלים עליו כוחות. חוזק חומרים אינו עוסק בשינוי המקום של הגוף ולא בתזוזה שלו בהשפעת הכוחות. ההבנה בחוזק חומרים מאפשרת למהנדס להעריך ולקבוע את הכוחות שניתן להפעיל בבטחה על מבנה או על חלק מכונה. מצד שני, ההבנה בחוזק חומרים מאפשרת למהנדס לבחור חומר מתאים לחלק המבנה או לחלק המכונה ולהתאים את המידות הדרושות כדי שיוכל לשאת בבטחה, אבל גם ביעילות ובאופן כלכלי, את העומס הפועל עליו. חוזק חומרים עוסק במאמצים, מעוותים, חוזק, הקשר בין מאמצים לבין מעוותים ובמונחי תכנון כמו מאמצים מותרים, תזוזות מותרות ומקדמי ביטחון.

היסטוריה

לאונרדו דה וינצ'י היה ככל הנראה הראשון שעסק בבעיות של חוזק חומרים וכתב על מחקריו בנושא ביומניו. גלילאו גליליי, שהיה מודע לעבודות של דה וינצ'י בתחום, היה ככל הנראה אבי חוזק החומרים המודרני כאשר ביצע במאה ה-17 מחקרים מקיפים בתחום חוזק החומרים ושילב ניסויים עם תאוריות ושיטות חישוב. הגישה החישובית ניסויית הייתה חלק מהמהפכה המדעית שהתרחשה במאה ה-17. גלילאו כתב בהיותו בגיל 75 ספר בשם "שיחות על שני מדעים", ובו כתב על שני המדעים החדשים הידועים כיום כחוזק חומרים, מכניקה של גופים ודינמיקה.

ראו גם

• מאמץ (הנדסה)
• סטטיקה
• מאמץ מתיחה, מאמץ לחיצה, מאמץ גזירה, מאמץ פיתול, מאמץ כפיפה
• תכונות חומרים

לקריאה נוספת

• Robert L. Mott, Applied Strength of Materials, Prentice Hall, 2007
• Beer F.P., Johnston E.R., et al, Mechanics of Materials, 3rd edition, McGraw-Hill, 2001
• Shames I.H., Cozzarelli F.A., Elastic and inelastic stress analysis, Prentice-Hall, 1991
• Popov, Egor P., Engineering Mechanics of Solids, Prentice Hall, Englewood Cliffs, N. J., 1990
• Sybil P. Parker, McGraw-Hill Encyclopedia of Engineering. McGraw-Hill, 1983
• Stephen P. Timoshenko History of Strength of Materials, Dover, 1983
• Timoshenko S., Strength of Materials, 3rd edition, Krieger Publishing Company, 1976
• Drucker D.C., Introduction to mechanics of deformable solids, McGraw-Hill, 1967.

• י. אלפרוביץ`, תורת החוזק והאלסטיות, הוצאת ספרים אורט ישראל, מהדורה ד' 1998

קישורים חיצוניים

מדיה וקבצים בנושא חוזק חומרים בוויקישיתוף

• חוזק חומרים(הקישור אינו פעיל) באתר עמלנט.
• חוזק חומרים באנציקלופדיית קולומביה ברשת, מהדורה שישית (אורכב 04.02.2007 בארכיון Wayback Machine), באנגלית.
• חוזק חומרים באנציקלופדיית דוט קום ברשת, באנגלית.
• חוזק חומרים, אינפופליז ברשת, באנגלית.
• גלילאו והמהפכה המדעית, אתר סנונית.
• מילון למונחי חוזק חומרים (1968), באתר האקדמיה ללשון העברית
• חוזק חומרים, באתר אנציקלופדיה בריטניקה (באנגלית)
• חזק חמרים, דף שער בספרייה הלאומית