الإجهاد

تتعرض المواد المختلفة للعديد من القوى أثناء استخدامها في التطبيقات الهندسية، حيث تختلف هذه القوى بحسب طبيعتها وموقعها. كذلك، تتأثر العناصر الهندسية المختلفة بهذه القوى بطرق متباينة تعتمد على موقع القوة وعلى العنصر نفسه. كل نقطة في العنصر تتفاعل مع القوة المؤثرة عليها بطرق مختلفة، وتأثير هذه القوى على العناصر يُعرف بالإجهاد (Stress)، الذي يعبر عن تأثير القوة على وحدة المساحة. تُقاس وحدة الإجهاد عادةً بوحدة نيوتن/م².

إجهاد القص

يمثل إجهاد القص (Shear Stress) نوعًا من أنواع الإجهادات، حيث يعبر عن القوة المطبقة على مساحة المقطع العرضي للمادة، والتي تكون موازية للقوة المؤثرة على العنصر. يُقارن إجهاد القص مع الإجهاد الإسمي (Normal Stress) الذي يمثل القوة المطبقة على مساحة المقطع العمودي على قوة التطبيق. يُنتج الإجهاد الإسمي ظاهرتي التمدد والانضغاط، بينما يؤدي إجهاد القص، كما يشير اسمه، إلى حدوث قص في المادة في المقطع الذي يتعرض لأعلى ضغط. يمكن تصور تأثير إجهاد القص على المواد المختلفة كما هو الحال مع المنشار الذي يقوم بقص قطعة الحديد، حيث يكون تأثير إجهاد القص على العنصر مشابهًا لتأثير المنشار.

نشأة إجهاد القص

ينشأ إجهاد القص بطرق لا تقتصر على تأثير القوى الموازية على المقطع العرضي، بل أيضًا من خلال التعرض للفتل أو الحدرجة (Torsion)، والذي يحدث نتيجة لتعرض العنصر أو العمود لعزم دوران (Torque). يكون اتجاه الدوران عموديًا على المقطع العرضي للعنصر وفقًا لقاعدة اليد اليمنى. على سبيل المثال، عندما نقوم بلي عمود حديدي، ينكسر هذا العمود في النهاية نتيجة التأثير عليه بعزم الدوران الملائم، حيث يكون الكسر مشابهًا لعملية القص باستخدام المنشار.

استخدامات إجهاد القص

يعتبر إجهاد القص من المبادئ الأساسية في مجالات الميكانيكا والهندسة المختلفة، حيث يُستخدم لحساب وتحليل العديد من الضغوط التي تتعرض لها المواد. كما يلعب إجهاد القص دورًا هامًا في تصميم المباني والتطبيقات الهندسية التي تتعرض للأحمال. على سبيل المثال، يُستخدم إجهاد القص في تصميم واختيار الروابط في التطبيقات الهندسية، إذ يصل مستوى إجهاد القص إلى ذروته في مناطق الربط بين العناصر، سواء كانت الروابط ميكانيكية مثل المسامير، أو عبر اللحام والغراء وآليات أخرى.