تنش (مکانیک)
From Wikipedia, the free encyclopedia
در مکانیک محیطهای پیوسته، تَنِش یا اِسترِس (به انگلیسی: Stress) مقداری فیزیکی است. تنش نیروهای داخلی ای را نشان میدهد که ذرات یک ماده پیوسته در مجاورت یکدیگر به هم وارد میکنند، در حالی که تغییرشکل معیاری برای اندازهگیری تغییرشکل مواد است. به عنوان مثال، هنگامی که یک نوار عمودی جامد، از وزن بالای سرش پشتیبانی میکند، هر ذره به ذرات پایینتر از خود نیز نیرویی فشاری اعمال میکند. هنگامی که یک مایع در یک محفظه بسته تحت فشار قرار دارد، به هر ذره از طرف تمام ذرات اطراف آن فشار وارد میشود. دیوارهای ظرف و سطح فشار-محرک (مانند یک پیستون) در واکنشی نیوتونی، به آنها نیز فشار وارد میکند. این نیروهای ماکروسکوپی در حقیقت نتیجه خالص تعداد بسیار زیادی نیروهای بین مولکولی و برخورد بین ذرات موجود در آن مولکولها است. استرس بهطور معمول با حرف سیگما کوچک یونانی (σ) نشان داده میشود.
تنش | |
---|---|
نمادهای رایج | σ |
دستگاه بینالمللی یکاها | Pascal |
یکاهای دیگر | lbf per square inch (lbf/in2) psi, bar |
یکای اصلی اسآی | Pa = kg⋅m−1⋅s−2 |
تحلیل ابعادی | M L−1 T−2 |
فشار درون یک ماده ممکن است بهوسیلهٔ مکانیسمهای مختلفی بهوجود بیاید، به عنوان مثال تنشی که توسط نیروهای خارجی به مواد حجیم (مانند نیروی جاذبه) یا به سطح آن وارد میشود (مانند نیروهای تماسی، فشار خارجی یا اصطکاک). هر گونه کرنش (تغییر شکل) در یک ماده جامد باعث ایجاد تنش کشسان داخلی، مشابه نیروی واکنش یک فنر میشود، که تمایل دارد ماده را به حالت غیر تغییرشکل یافته اصلی خود بازگرداند. در مایعات و گازها، فقط تغییر شکلهایی که باعث تغییر حجم شوند، تنش کشسان مداوم ایجاد میکنند. با این حال، اگر تغییر شکل به تدریج با گذشت زمان تغییر کند، حتی در مایعات نیز مقداری تنش لزجت وجود خواهد داشت که با این تغییر مخالفت کند. تنشهای کشسان و لزجت معمولاً تحت عنوان استرس مکانیکی نامیده میشوند.
تنشهای قابل توجه ممکن است حتی زمانی که تغییر شکل به خصوصی نیز وجود ندارد، وجود داشته باشد. (یک فرض رایج هنگام مدلسازی جریان آب). تنش ممکن است در غیاب نیروهای خارجی نیز وجود داشته باشد؛ به عنوان مثال، در بتن پیش ساخته و شیشه حرارت دیده ، اینگونه تنشهای درونی مهم هستند. تنش ممکن است بدون اعمال نیروهای خالص نیز به وجود آید، به عنوان مثال با تغییر دما، ترکیب شیمیایی یا میدانهای الکترومغناطیسی خارجی (مانند مواد پیزوالکتریک و مغناطیس محدودکننده) تنش میتواند به یک ماده تحمیل شود.
رابطه بین تنش مکانیکی، تغییر شکل و نرخ تغییر شکل میتواند کاملاً پیچیده باشد؛ هرچند تقریب خطی برای تغییرات به اندازه کافی کوچک مناسب و قابل استفاده است. تنشی که از حداستحکام در مواد بیشتر شود، منجر به تغییر شکل دائمی (مانند جریان پلاستیک، شکست، حفره زایی) یا حتی تغییر ساختار کریستالی و ترکیب شیمیایی آن میشود.
در برخی از شاخههای مهندسی، اصطلاح استرس گاه در معنایی ضعیف تر به عنوان مترادفی برای «نیروی داخلی» به کار میرود. به عنوان مثال، در تجزیه و تحلیل خرپاها، تنش ممکن است به نیروهای کششی یا نیروهای فشاری که بر روی یک تیر عمل میکنند، اشاره کند، نه به نیروی تقسیم شده بر مساحت سطح مقطع آن تیر.