La força de tensió generalment es refereix a la força exercida a un objecte, com una corda, cadena o cable, quan està sotmès a una força externa que intenta estirar-lo o tensar-lo intentant separar les molècules que el mantenen cohesionat.
Aquesta força de tensió actua en la direcció oposada per força aplicada per mantenir l'objecte en equilibri.
La magnitud de la força de tensió depèn del material i la geometria de lobjecte, així com de la força externa aplicada. Quan es tracta d'una corda o cable idealment inextensible, la força de tensió a qualsevol punt al llarg de la seva longitud és la mateixa.
Si, per exemple, tens una corda horitzontal subjecta per ambdós extrems i penges un objecte al mig, la força de tensió a la corda serà igual a ambdós extrems i al punt on està penjat l'objecte.
Fórmula de la tensió
En el cas d'una corda idealment inextensible, la força de tensió (T) es pot calcular usant la fórmula següent:
T = F / cos(θ)
On:
-
T = Força de tensió a la corda.
-
F = Força externa aplicada a la corda.
-
θ = Angle entre la corda i la direcció de la força externa (angle d'inclinació de la corda).
Aquesta fórmula és vàlida per a situacions ideals, on la corda és inextensible i no hi ha consideracions addicionals com a fricció o elasticitat del material.
En situacions més complexes, la determinació de la força de tensió pot requerir anàlisis més detallades i consideració d'altres factors i lleis com la llei de Hooke per a materials elàstics.
Exemples de forces de tensió
Les forces de tensió es troben en nombrosos contextos a la nostra vida quotidiana. Aquí hi ha alguns exemples on pots observar aquest tipus de forces:
-
Cordes i cables: Quan estires una corda o un cable, ja sigui per aixecar un objecte, tancar una porta o remolcar un vehicle, estàs aplicant una força de tensió a la corda o el cable.
-
Pont penjoll: Els ponts penjolls utilitzen cables per suportar la seva plataforma. Els cables estan sotmesos a forces de tensió que actuen per sostenir el pes de la plataforma i els vehicles que travessen el pont.
-
El formigó armat amb varetes dʻacer és una combinació enginyosa que aprofita la capacitat de lʻacer per resistir els esforços de tensió per compensar la poca resistència a la tensió del formigó. Per contra, el béton té una excel·lent resistència a la compressió.
-
Elevador: En un ascensor, el cable que subjecta la cabina i permet el moviment cap amunt i avall està sotmès a forces de tensió per suportar el pes dels passatgers i la mateixa cabina.
-
Línies de transmissió elèctrica: Les línies elèctriques aèries que porten l'energia elèctrica des de les centrals fins a les llars i les empreses estan compostes per cables sotmesos a forces de tensió per suportar el pes del cable i els conductors elèctrics.
-
Estels: Quan voles un estel, el fil que la sosté està sota tensió, la qual cosa permet que l'estel es mantingui a l'aire.
-
Paracaigudes: Els paracaigudes utilitzats per al descens controlat de persones o equips també depenen de la tensió a les seves cordes per desplegar-se i mantenir-se estables durant el descens.
-
Amarres de vaixells: Els vaixells atracats utilitzen cordes o caps anomenats amarres per mantenir-se subjectes al moll, i aquestes amarres estan sotmeses a forces de tensió a causa de les onades i corrents.
Ús i aplicacions de les forces de tensió
La força de tensió és important per diverses raons fonamentals en la física i la nostra vida quotidiana:
-
Estabilitat i equilibri La força de tensió és essencial per mantenir l'estabilitat i l'equilibri d'estructures i objectes. Per exemple, en un pont penjant, la força de tensió als cables permet que la plataforma del pont romangui suspesa i pugui suportar el pes dels vehicles que creuen.
-
Aixecament i tracció : La força de tensió s'utilitza per aixecar objectes o aplicar força de tracció en diverses situacions, des de l'elevació d'un elevador fins al remolc d'un vehicle avariat.
-
Seguretat en enginyeria : En molts dissenys i construccions, la força de tensió és un aspecte crucial a tenir en compte. Garantir que els materials utilitzats puguin suportar les forces de tensió esperades és essencial per evitar falles estructurals i assegurar la seguretat de les persones.
-
Esports i recreació En activitats esportives i recreatives, la força de tensió juga un paper important. Per exemple, en l'ús de cordes en escalada, paracaigudes, estels o el tir amb arc, la tensió és necessària perquè aquestes activitats funcionin correctament i de manera segura.
-
Transmissió de forces En molts dispositius mecànics, la força de tensió s'utilitza per transmetre forces entre components. Per exemple, en politges, les cordes o corretges transmeten la força de tensió necessària per moure objectes o maquinària.
-
Electricitat i comunicació : A les línies elèctriques i cables de comunicació, la força de tensió és crucial per mantenir els cables al seu lloc i garantir la transmissió efectiva d'electricitat o dades.
-
Experiments científics En la investigació i l'experimentació científica, la força de tensió s'utilitza per mesurar i comprendre propietats de materials, avaluar la resistència d'estructures i determinar comportaments físics.
Mesurament de la força de tensió
La força de tensió es mesura directament mitjançant l'aplicació de dispositius o instruments de mesura adequats que poden capturar la magnitud de la força exercida en una corda, cable o material que està sotmès a tensió.
Hi ha diferents tipus de dispositius i tècniques per mesurar la força de tensió, i lelecció depèn del context i el tipus dobjecte o material que sestà avaluant. Alguns mètodes comuns per mesurar la força de tensió inclouen:
-
Dinamòmetres Els dinamòmetres són dispositius portàtils que mesuren forces de tensió i compressió. Es poden fer servir per mesurar la força de tensió en cordes, cables o elements sotmesos a tracció.
-
Cel·les de càrrega Són sensors que mesuren la força aplicada en una direcció específica. S'utilitzen en una àmplia varietat d'aplicacions, com ara pesatge d'objectes, mesurament de força en màquines industrials o tensió en estructures.
-
Extensòmetres : Aquests dispositius mesuren la deformació d'un material sotmès a tensió i la converteixen en una mesura de la força aplicada. S'utilitzen comunament en proves de materials per avaluar-ne les propietats mecàniques.
-
Màquines d'assaig Per avaluar les propietats mecàniques dels materials, s'utilitzen màquines d'assaig que apliquen forces controlades i mesuren la resposta del material sota tensió.
-
Proves de càrrega: En la construcció i l'enginyeria civil, es fan proves de càrrega en estructures per mesurar la seva capacitat de suportar forces de tensió i compressió.
Diferència amb la força de tensió superficial
Aquest concepte no s'ha de confondre amb la tensió superficial.
La força de tensió superficial es refereix a la força que actua a la superfície d'un líquid i que tendeix a disminuir la seva àrea superficial a la mínima possible. És una propietat física que es deu a les forces de cohesió entre les molècules del líquid.
En una superfície lliure del líquid, com a la interfície entre el líquid i l'aire, les molècules a l'interior del líquid estan atretes cap a l'interior a causa de les forces de cohesió, cosa que resulta en una mena de "pell" a la superfície .
La tensió superficial és responsable d'alguns fenòmens interessants, com ara la formació de gotes i bombolles esfèriques, ja que una forma esfèrica minimitza l'àrea superficial i, per tant, minimitza l'energia de la superfície del líquid.
