Krutost

Krutost možemo definisati kao otpornost na deformaciju i matematički je definišemo kao odnos sile $\mathbf {} F$ koja uzrokuje deformaciju i same deformacije $\mathbf {} x$.

$k={F \over x}$

Iz ove jednačine je jasno da je mjerna jedinica za krutost njutn po metru [N/m] što znači da je to veličina koja govori kolika je sila potrebna da bi se postigla jedinična deformacija. Ova je veličina od velike važnosti u primjenjenim naukama mašinstvu, brodogradnji i građevinarstvu te je jedan od temeljnih pojmova u fizici čvrstih tijela.

O krutosti ima smisla govoriti samo kod čvrstih tvari s obzirom da tekućine i plinovi nemaju stalan oblik zbog slabijih međumolekularnih sila. Važno je shvatiti da krutost ovisi od nekoliko faktora: materijal tijela, geometrija tijela ili sistema (oblik i dimenzije) te vrsta opterećenja. Uzmimo za jednostavan primjer jedan štap učvršćen na svom kraju i opterećen silom pritiska na svom drugom kraju, koja se poklapa s uzdužnom osom štapa. Svakome je jasno da će se uslijed takvog opterećenja štap saviti, tj. javit će se deformacija. Kolika će ta deformacija biti ovisi o tome koliko je štap aksijalno krut. Tako će se za istu silu i iste dimenzije čelični štap manje saviti nego drveni štap, s obzirom da je čelik čvršći od drveta. Uzmemo li istu silu i dva čelična štapa različitih dimenzija, manje će se saviti štap koji ima veću površinu poprečnog presjeka. Uzmemo li isti štap i opteretimo li ga silom istog intenziteta, ali okomitom na njegovu uzdužu osu, iznos deformacije će biti drugačiji jer je i fleksijska krutost (krutost na savijanje) drugačija od aksijalne krutosti.

Općenito, mogu se definisati tri vrste krutosti

• aksijalna [N/m]
• fleksijska (krutost na savijanje) [N/m]
• torzijska (krutost na uvijanje) [Nm/rad]

U slučaju torzije (uvijanja), štap je opterećen momentom čiji se vektor poklapa s uzdužnom ose štapa, tj. opterećen je momentom koji djeluje u ravni okomitoj na uzdužnu osu štapa.

Iz izloženog je vidljivo da krutost nije jednostavna i jednoznačna osobina te da izračunavanje krutosti za složenije strukture može biti vrlo zahtjevan posao.

Veličina recipročna krutosti je podatljivost i računa se kao

$\mathbf {} s={1 \over k}={x \over F}$

Mjerna jedinica je [m/N] i ta nam veličina govori kolika će se deformacija javiti pri opterećenju jediničnom silom. Analogno torzijskoj krutosti, torzijska podatljivost se izražava u poluprečnicima po njutnmetru [rad/Nm].

Također pogledajte

• Deformacija
• Naprezanje
• Tvrdoća
• Hookeov zakon
• Moment inercije