Teknik

Jag undrar varför exempelvis en träbalk som ligger fritt på två upplag med tiden böjer sig? Kraften uppåt och nedåt är väl konstant? Om en träbalk böjer sig borde väl en balk av betong med armering även den böja sig med tiden?

Frågan är inskickad av David Bergerheim, 60 år, 2024-05-09

Svar från Kristofer Gamstedt, professor i tillämpad mekanik, vid institutionen för materialvetenskap.

Fenomenet kallas för krypning. Tyngdkrafterna gör att balken belastas konstant med tiden, och krypningen gör att deformationen (böjning) tilltar under tiden. Alla material (även betong med armering) deformeras alltmer med tiden under belastning, men det går med olika hastigheter. Speciellt plastmaterial och fuktigt trä kryper märkbart. Vid höga temperaturer blir krypningen i metaller mätbar. Tidsberoendet beror på materialets viskoelastiska egenskaper. Materialet visar en blandning av visköst beteende (trög vätska - tidsberoende) och elastiskt beteende (solid – ej beroende av tiden). Olika material har olika orsaker till detta tidsberoende. För polymerer (plaster) och trä så kan det beror på långsamma molekylrörelser hos de långa molekylerna som materialet består av. För metaller kan det bero på tidskrävande dislokationsvandringar, dvs. defekter i kristallplanen rör på sig under långvarig belastning.

Svar från Reza Afshar som är universitetsadjunkt och docent i tillämpad mekanik vid institutionen för materialvetenskap.

Att en träbalk böjer sig över tid när den ligger fritt på två upplag beror på flera faktorer, inklusive materialens egenskaper och omgivningsförhållanden.

1. Krypning: Trä är känsligt för krypning, vilket är en process där materialet långsamt deformeras under konstant belastning. Även om kraften uppåt och nedåt kan vara konstant, kan den långsiktiga appliceringen av denna kraft få träet att krypa och deformeras över tid.
2. Fukt: Trä är ett hygroskopiskt material, vilket betyder att det absorberar fukt från sin omgivning. När träet absorberar fukt expanderar det, vilket kan leda till böjning eller deformation över tiden.
3. Termiska variationer: Temperaturförändringar kan också påverka träets dimensioner och form. Utvidgning och sammandragning på grund av temperaturvariationer kan leda till böjning av träbalken.

När det gäller betong med armering, kan liknande principer gälla, men betong har andra egenskaper jämfört med trä. Betong kan också deformeras över tid på grund av krypning och termiska variationer, men dess svar på dessa påverkningar skiljer sig från trä. Armeringen i betongen hjälper till att ge extra styrka och stabilitet, men det förhindrar inte helt deformation över tid. I båda fallen är det viktigt att överväga dessa långsiktiga deformationer och faktorer vid konstruktion och planering av strukturer för att säkerställa deras hållbarhet och funktion över tid.

Frågan inskickad av Anton Forsman, 18 år, 2017-07-10

Svar från Hans Bernhoff, professor i elektricitetslära med inriktn m högpresterande system:

Vingarna på ett vindkraftverk roterar med en vinkelhastighet (w i rad/sekund) som avgörs av vindstyrkan och kraft på reglering av effekten (i allmänhet högre vinkelhastighet i hårdare vind). Pereferihastigheten på någon punkt av vingen bestäms av dess avstånd till rotationscentrum (radien i meter) så att hastigheten (v i m/s) är lika med w*r
Det vill säga hastigheten är som störst längst bort från centrum, dvs längst ut på bladen, och där kan den vara uppemot 80 m/s (ca 290 km/h) när det blåser bra (>12-14 m/s).

När vi var små ställde vi oss ibland flera i rad och höll i ett elstängsel. Vi upplevde att desto fler vi ställde oss (en höll i stängslet och övriga höll händerna) desto starkare blev strömmen. Kan detta verkligen stämma? Vad är i sådana fall den fysikaliska förklaringen?

Frågan inskickad av Carl-Johan Backman, 27 år, 2016-09-07

Svar från Örjan Vallin, forskare vid institutionen för teknikvetenskaper:

Som bondson och doktor i elektronik tror jag mig vara lämpad att besvara frågan. Jag har inte gjort samma observation själv, men har tävlat i att hålla i elstängslet flest stötar i barndomen.

Din observation stämmer troligen, men inte för den som är sist i ledet.

Strömmen som går genom kroppen bestäms av trådens spänning och det elektriska motståndet, resistansen, mellan tråden och jorden. När en person håller i tråden består resistansen dels av kroppens resistans, dels av kontakt-resistansen mellan handen och tråden och mellan fötterna och marken. Motståndet mot marken genom skosulan är den största komponenten, troligen minst tusen gånger större än de andra, och kommer att vara det som bestämmer strömmen.

Om du ensam håller i tråden, eller står sist i ledet, gör inte så stor skillnad i ström, eftersom den tillkomna resistansen i personkedjan är försumbar i jämförelse med resistansen mot marken. Men om du står näst sist så känner du av den ström som går genom dina egna skosulor till jorden p l u s den ström som går genom siste man. Trean från slutet får tre gånger högre ström.

På samma sätt kan man ikläda sig skorna som den olycklige som håller i tråden med handen: Strömmen som går genom den handen går inte bara genom dennes ben, men också genom alla de andras.

Frågan ställd av elever i årskurs 6 i samband med skolaktiviteten "Levande frågelådan"

Suddgummit är gjort av gummi. När man suddar så lossnar det små, små smulor som rullar upp blyertsen från pappret. Det kan man se eftersom smulorna blir lite svarta. Blyertsen är gjord av grafit, och grafit och gummi är två material som liknar varandra. de är uppbyggda på samma sätt. Det hjälper till när man ska sudda.