Rozdíl mezi napětím a deformací

Hlavní rozdíl – napětí vs. deformace

Působí-li na objekt deformační síly, mohou měnit jeho tvar. Hlavní rozdíl mezi napětím a deformací spočívá v tom, že napětí měří deformační sílu na jednotku plochy objektu, zatímco deformace měří relativní změnu délky způsobenou deformační silou.

Co je to napětí

Kdykoli se síla pokouší deformovat objekt, říkáme, že objekt je pod napětím. Napětí je definováno jako deformační síla na jednotku plochy objektu. Protože každou sílu působící na objekt můžeme rozdělit do směrů rovnoběžných a kolmých k povrchu, definujeme normálové napětí jako rovné síle kolmé k povrchu na jednotku plochy. Podobně definujeme smykové napětí jako sílu rovnoběžnou s povrchem na jednotku plochy. Jestliže síla působící na povrch je $F$ a plocha povrchu je $A$ , pak napětí $\sigma$ je dáno vztahem:

$\sigma=\frac{F}{A}$

Napětí má stejné rozměry jako tlak, proto se pro měření napětí používají také jednotky N m-2 nebo Pa (1 Pa=1 N m-2). Pokud síly působí na prodloužení materiálu, označuje se napětí jako tahové. Když se síly snaží materiál stlačit, označuje se napětí jako napětí v tlaku.

Co je to deformace

Deformace měří velikost relativní deformace způsobené silou působící na objekt. Pro zjednodušení zde budeme uvažovat pouze normálovou deformaci, kterou vytváří normálové napětí. Předpokládejme, že původní délka předmětu je $l_0$ a vlivem napětí se délka změní na $l_1$ . Změna délky je $\Delta l=l_1-l_0$ . Deformace $\epsilon$ je pak dána vztahem,

$\epsilon =\frac{\Delta l}{l_0}$

Protože je deformace dána zlomkem, kde čitatel i jmenovatel mají jednotky délky, samotná deformace nemá jednotky. tj. je to „bezrozměrná veličina“. Běžně se setkáváme s vyjádřením deformace v procentech.

Křivka závislosti napětí na deformaci

Můžeme nakreslit graf, jak se mění deformace v tělese, když měníme napětí působící na objekt (to lze provést například přidáním závaží). Tyto grafy, nazývané křivky závislosti napětí na deformaci, odhalují mnoho informací o povaze materiálu, ze kterého je předmět vyroben. Na následujícím obrázku je znázorněna typická křivka napětí a deformace pro tvárný materiál („tvárný“ znamená, že materiál lze dobře roztáhnout):

Rozdíl mezi napětím a deformací - křivka napětí_vs_deformace_pro_tvárný_materiál

Křivka napětí a deformace pro tvárný materiál

Sklon pružné oblasti křivky se nazývá Youngův modul. Je to velmi důležité číslo pro materiálové inženýry, protože udává, jak velkou deformaci by v materiálu vyvolalo dané napětí.