A feszültség és az alakváltozás közötti különbség

Fő különbség – feszültség vs. alakváltozás

Amikor deformáló erők hatnak egy tárgyra, megváltoztathatják a tárgy alakját. A feszültség és az alakváltozás közötti fő különbség az, hogy a feszültség a tárgy egységnyi területére jutó deformáló erőt, míg az alakváltozás a deformáló erő által okozott relatív hosszváltozást méri.

Mi a feszültség

Amikor egy erő megpróbál deformálni egy tárgyat, azt mondjuk, hogy a tárgy feszültség alatt áll. A feszültséget úgy határozzuk meg, mint a tárgy egységnyi területére jutó deformáló erőt. Mivel egy tárgyra ható bármely erőt felbonthatunk a felülettel párhuzamos és arra merőleges irányokra, a normálfeszültséget úgy határozzuk meg, hogy az egyenlő a felületre merőleges, egységnyi területre eső erővel. Hasonlóképpen, a nyírófeszültséget a felülettel párhuzamos, egységnyi területre jutó erővel határozzuk meg. Ha egy felületre ható erő $F$ és a felület területe $A$ , akkor a feszültség $\sigma$ a következő:

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

A feszültségnek ugyanazok a méretei, mint a nyomásnak, ezért a feszültség mérésére használt mértékegységek is N m-2 vagy Pa (1 Pa=1 N m-2). Amikor az anyagot megnyújtó erők hatnak, a feszültséget húzófeszültségnek nevezzük. Amikor az erők megpróbálják összenyomni az anyagot, a feszültséget nyomófeszültségnek nevezzük.

Mi a nyúlás

A nyúlás a tárgyra ható erő által okozott relatív deformáció mértékét méri. Az egyszerűség kedvéért itt csak a normál feszültség által létrehozott normál alakváltozással foglalkozunk. Tegyük fel, hogy a tárgy eredeti hossza $l_0$ , és a feszültség hatására a hossza $l_1$ -re változik. A hosszváltozás $\Delta l=l_1-l_0$ . Az alakváltozás $\epsilon$ ekkor a következőképpen adódik,

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

Mivel az alakváltozást egy olyan tört adja meg, ahol a számláló és a nevező is hosszegységgel rendelkezik, az alakváltozás maga nem rendelkezik mértékegységgel, azaz “dimenziótlan mennyiség”. Gyakori, hogy a nyúlást százalékban kifejezve látjuk.

Feszültség vs. nyúlás görbe

Felrajzolhatunk egy grafikont arról, hogyan változik egy testben a nyúlás, ha változtatjuk a tárgyra ható feszültséget (ezt például súlyok hozzáadásával tehetjük meg). Ezek a feszültség vs. alakváltozás görbének nevezett grafikonok sok információt elárulnak a tárgy anyagának természetéről. Az alábbi ábra egy képlékeny anyag tipikus feszültség-alakváltozás görbéjét mutatja (“képlékeny” azt jelenti, hogy az anyag jól nyújtható):

Feszültség és alakváltozás közötti különbség - Stress_vs_Strain_Curve_for_a_ductile_material

Stress-strain curve for a ductile material

A görbe rugalmas tartományának gradiensét nevezik Young modulusnak. Ez egy nagyon fontos szám az anyagmérnökök számára, mivel megadja, hogy egy adott feszültség mekkora alakváltozást okozna egy anyagban.