Una comprensione della forza e di come influenza un oggetto o un materiale è importante nella costruzione di qualsiasi tipo. I tre tipi principali di forze meccaniche sono trazione, spinta e taglio. La tensione, o forza di trazione, è un esempio di forza di trazione ed è tipicamente misurata in libbre (lbs) o Newton (N). La forza di tensione svolge un ruolo in molte applicazioni di fisica, ingegneria meccanica e ingegneria civile.
Un modo efficace per aiutare a capire questo meccanismo è usare l’esempio di una corda o di un cavo. Non è possibile utilizzare una corda per spingere un oggetto su una superficie piana. Corde, funi, cavi e catene vengono utilizzate nei casi in cui è richiesta una forza di trazione. Appendere un peso all’estremità della corda tirerà la corda. La forza di trazione creata dal peso è chiamata forza di trazione.
In questo esempio, la forza di tensione agirà sulle estremità opposte della fune e la tirerà tesa. La forza viene applicata nella direzione della fune. Gli oggetti su entrambe le estremità della fune subiranno una forza di trazione pari alla forza di tensione. Allo stesso modo, i componenti meccanici utilizzati per supportare e rinforzare ponti ed edifici sono comunemente esposti a questo tipo di forza. Questi includono oggetti come cavi, fili, colonne di supporto e travi.
Il carico di tensione farà allungare o allungare un materiale. Un oggetto molto flessibile, come un elastico, si allungherà molto quando viene applicata una forza di tensione. Anche i materiali meno flessibili, come la plastica e l’acciaio, si allungano quando viene applicata la forza di trazione, ma in quantità molto inferiori.
La forza e il movimento sono correlati attraverso la prima legge del moto di Newton. Questa legge afferma che un corpo rimarrà in quiete, o in moto uniforme, a meno che non sia costretto a cambiare quello stato da una forza applicata ad esso. Una forza di tensione farà muovere un oggetto attraverso l’azione di trazione. La legge di Newton è illustrata usando un semplice esempio di carro di un bambino fermo su una superficie piana. Il carro rimarrà fermo finché non verrà applicata una forza esterna alla maniglia, provocando il movimento del carro.
Quando viene applicata una forza, causerà sollecitazioni interne nel materiale. Se la forza è sufficientemente elevata, lo stress interno può diventare eccessivo e causare un allungamento permanente o il verificarsi di un guasto completo. Comprendere lo stress creato da una forza di tensione applicata è molto importante quando si selezionano i materiali per l’ingegneria meccanica e le applicazioni di progettazione. La forza applicata deve essere sufficientemente bassa per evitare sollecitazioni interne che possono causare deformazioni permanenti o guasti.