Jännityksen ja venymän ero

Pääero – Jännitys vs. venymä

Kun kappaleeseen kohdistuu muodonmuutosvoimia, ne voivat muuttaa kappaleen muotoa. Tärkein ero jännityksen ja venymän välillä on se, että jännitys mittaa muodonmuutosvoimaa kappaleen pinta-alayksikköä kohti, kun taas venymä mittaa muodonmuutosvoiman aiheuttamaa suhteellista pituuden muutosta.

Mitä on jännitys

Kun jokin voima yrittää muodonmuutosta kappaleeseen, sanomme, että kappale on jännityksen alaisena. Jännitys määritellään deformoivaksi voimaksi kappaleen pinta-alayksikköä kohti. Koska voimme jakaa kaikki kappaleeseen kohdistuvat voimat pinnan suuntaisiin ja kohtisuoriin suuntiin, määrittelemme normaalijännityksen olevan yhtä suuri kuin pintaa vastaan kohtisuorassa oleva voima pinta-alayksikköä kohti. Vastaavasti määrittelemme leikkausjännityksen pinnan suuntaiseksi voimaksi pinta-alayksikköä kohti. Jos pintaan vaikuttava voima on $F$ ja pinnan pinta-ala $A$ , niin jännitys $\sigma$ saadaan:

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

Jännityksellä on samat mittasuhteet kuin paineella, joten myös jännityksen mittaamiseen käytettävät yksiköt ovat N m-2 tai Pa (1 Pa=1 N m-2). Kun voimat vaikuttavat materiaalia pidentävästi, jännitystä kutsutaan vetojännitykseksi. Kun voimat pyrkivät puristamaan materiaalia, jännitystä kutsutaan puristusjännitykseksi.

Mitä on venymä

Venymä mittaa kappaleeseen vaikuttavan voiman aiheuttaman suhteellisen muodonmuutoksen määrää. Yksinkertaisuuden vuoksi tarkastelemme tässä vain normaalijännityksen aiheuttamaa normaalijännitystä. Oletetaan, että kappaleen alkuperäinen pituus on $l_0$ ja jännityksen vaikutuksesta pituus muuttuu $l_1$ :ksi. Pituuden muutos on $\Delta l=l_1-l_0$ . Jännitys $\epsilon$ saadaan tällöin,

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

Koska jännitys saadaan murtoluvulla, jossa sekä osoittajalla että nimittäjällä on pituusyksiköt, jännityksellä itsellään ei ole yksiköitä. eli se on ”dimensioton suure”. On tavallista nähdä, että venymä ilmaistaan prosentteina.

Jännitys vs. venymä -käyrä

Voidaan piirtää kuvaaja siitä, miten kappaleen venymä muuttuu, kun muutetaan kappaleeseen vaikuttavaa jännitystä (tämä voidaan tehdä esimerkiksi lisäämällä painoja). Nämä kuvaajat, joita kutsutaan jännitys vs. venymä -käyriksi, paljastavat paljon tietoa sen materiaalin luonteesta, josta kappale on tehty. Alla olevassa kuvassa on esitetty tyypillinen jännitys-venymäkäyrä sitkeälle materiaalille (”sitkeä” tarkoittaa, että materiaalia voidaan venyttää hyvin):

Jännityksen ja venymän välinen ero - Stress_vs_Strain_Curve_for_a_ductile_material

Jännitys-venymäkäyrä sitkeälle materiaalille

Käyrän kimmoisan alueen kaltevuutta kutsutaan Youngin moduuliksi. Tämä on erittäin tärkeä luku materiaali-insinööreille, sillä se kertoo, kuinka suuren muodonmuutoksen tietty jännitys aiheuttaisi materiaalissa.

Jännityksen ja muodonmuutoksen ero

Mitä se mittaa

Jännitys kertoo kappaleen pinta-alayksikköä kohti vaikuttavan voiman.

Venymä antaa muodonmuutosvoimien aiheuttaman suhteellisen pituuden muutoksen.

Yksiköt

Jännitys mitataan pascaleina (Pa).

Venymällä ei ole yksiköitä; se on yksinkertaisesti suhde.