27.1 : طاقة الانفعال

طاقة الانفعال هي مفهوم أساسي في مجال علم المواد والهندسة الإنشائية، حيث تصف الطاقة التي تمتصها مادة أو هيكل عندما تتشوه تحت الحمل.

لنفترض أن قضيبًا مثبتًا عند أحد طرفيه ويتعرض لقوة محورية عند الطرف الحر. تعمل هذه القوة المحورية على إحداث إجهاد داخل القضيب، مما يؤدي إلى استطالته. ومع زيادة القوة المحورية، تزداد أيضًا استطالة القضيب، مما يوضح وجود علاقة مباشرة بين القوة المطبقة والتشوه الناتج. يمكن تمثيل هذا السلوك بيانياً من خلال مخطط تشوه الحمل.

إن الشغل الذي تبذله القوة المحورية لإطالة القضيب بمقدار صغير يساوي حاصل ضرب القوة والاستطالة المقابلة. بيانياً، يتوافق هذا العمل مع المساحة الموجودة أسفل منحنى تشوه الحمل لاستطالة معينة. لحساب العمل الإجمالي المبذول على القضيب لأي استطالة معينة، يجب دمج معادلة القوة والاستطالة على حدود الاستطالة. يمثل هذا العمل الإجمالي مدخلات الطاقة للنظام، والتي يتم تخزينها كطاقة ضغط. ضمن الحد المرن للمادة، تتناسب طاقة الانفعال U المخزنة في المادة بسبب التشوه المرن مع مربع الاستطالة.

يسمح مفهوم طاقة الانفعال للمهندسين بقياس قدرة امتصاص الطاقة لمادة أو مكون، وهو أمر ضروري لتقييم قدرتها على تحمل الأحمال دون التعرض لتشوه أو فشل دائم. تلعب طاقة الانفعال أيضًا دورًا محوريًا في التطبيقات الهندسية المختلفة، مثل تصميم ممتصات الصدمات، وأجهزة تخزين الطاقة، وفي تحليل قوى التأثير.