Differenza principale – Stress vs. Strain

Quando le forze deformanti agiscono su un oggetto, possono cambiare la forma dell’oggetto. La differenza principale tra stress e deformazione è che lo stress misura la forza deformante per unità di area dell’oggetto, mentre la deformazione misura il cambiamento relativo di lunghezza causato da una forza deformante.

Cosa è lo stress

Ogni volta che una forza tenta di deformare un oggetto, diciamo che l’oggetto è sotto stress. Lo stress è definito come la forza deformante per unità di superficie dell’oggetto. Poiché possiamo risolvere qualsiasi forza su un oggetto in direzioni parallele e perpendicolari alla superficie, definiamo lo stress normale uguale alla forza perpendicolare alla superficie per unità di area. Allo stesso modo, definiamo lo sforzo di taglio come la forza parallela alla superficie per unità di area. Se la forza che agisce su una superficie è e l’area della superficie è , allora la sollecitazione è data da:

La sollecitazione ha le stesse dimensioni della pressione, quindi le unità usate per misurare la sollecitazione sono anche N m-2 o Pa (1 Pa=1 N m-2). Quando le forze agiscono per allungare il materiale, la sollecitazione è detta di trazione. Quando le forze cercano di comprimere un materiale, la sollecitazione viene chiamata sollecitazione di compressione.

Che cos’è la deformazione

La deformazione misura la quantità di deformazione relativa causata da una forza che agisce su un oggetto. Per semplicità, considereremo solo la deformazione normale, creata dalla sollecitazione normale. Supponiamo che la lunghezza originale dell’oggetto sia e che, a causa dello stress, la lunghezza cambi in . Il cambiamento di lunghezza è . La deformazione è quindi data da,

Siccome la deformazione è data da una frazione dove il numeratore e il denominatore hanno entrambi unità di lunghezza, la deformazione stessa non ha unità, cioè è una “quantità senza dimensione”. È comune vedere la deformazione espressa in termini di percentuali.

Curva di sforzo vs. deformazione

Possiamo disegnare un grafico di come la deformazione in un corpo cambia al variare dello sforzo che agisce sull’oggetto (questo può essere fatto, per esempio, aggiungendo pesi). Questi grafici, chiamati curve di stress vs. strain, rivelano molte informazioni sulla natura del materiale di cui è fatto l’oggetto. La figura qui sotto mostra la tipica curva sforzo-deformazione per un materiale duttile (“duttile” significa che il materiale può essere allungato bene):

Curva sforzo-deformazione per un materiale duttile

La pendenza della regione elastica della curva è chiamata Modulo di Young. Questo è un numero molto importante per gli ingegneri dei materiali, poiché dà quanta deformazione sarebbe causata da una data sollecitazione in un materiale.

Differenza tra sforzo e deformazione

Cosa misura

Lo sforzo dà la forza che agisce per unità di area di un oggetto.

La deformazione dà il cambiamento relativo di lunghezza dovuto a forze deformanti.

Unità

La sollecitazione si misura in pascal (Pa).

La deformazione non ha unità; è semplicemente un rapporto.