این مقایسه، جزئیات تمایز فیزیکی بین فشار، نیروی خارجی اعمال شده عمود بر سطح، و تنش، مقاومت داخلی ایجاد شده در یک ماده در پاسخ به بارهای خارجی، را شرح میدهد. درک این مفاهیم برای مهندسی سازه، علم مواد و مکانیک سیالات اساسی است.
نیروی خارجی که به طور یکنواخت و عمود بر سطح یک جسم عمل میکند.
نیروی داخلی در واحد سطح که در یک جسم جامد ایجاد میشود تا در برابر تغییر شکل مقاومت کند.
| ویژگی | فشار | استرس |
|---|---|---|
| منشأ نیرو | نیروی خارجی وارد بر جسم | نیروی مقاوم داخلی در یک جسم |
| حالت ماده | عمدتاً مایعات و گازها | مواد عمدتاً جامد |
| جهتگیری | فقط عمود (عمود) بر سطح | میتواند عمود یا موازی (برشی) باشد |
| نوع ریاضی | اسکالر (فقط قدر) | تانسور (بزرگی، جهت و صفحه) |
| یکنواختی | در یک نقطه، در تمام جهات به طور یکسان عمل میکند | میتواند بر اساس جهتگیری به طور قابل توجهی متفاوت باشد |
| ابزار اندازهگیری | مانومترها یا فشارسنجها | کرنش سنج یا حسگرهای اولتراسونیک |
فشار به صورت نیرویی تعریف میشود که محیط خارجی به یک سطح وارد میکند، مانند فشار جو بر پوست شما یا فشار آب بر بدنه زیردریایی. با این حال، تنش، نیروی «پسزننده» داخلی ماده در برابر کشش، فشرده شدن یا پیچ خوردن است. در حالی که فشار باعث میشود ماده تنش را تجربه کند، این دو از هم متمایز هستند زیرا تنش، نیروهایی در سطح مولکولی را توصیف میکند که جامد را تحت بار در کنار هم نگه میدارند.
فشار صرفاً یک نیروی عمودی است، به این معنی که همیشه با زاویه ۹۰ درجه نسبت به سطح یک جسم عمل میکند. در مقابل، تنش پیچیدهتر است زیرا شامل اجزای برشی است که موازی با سطح مقطع عمل میکنند. این بدان معناست که تنش میتواند نیروهای لغزشی را که میخواهند یک ماده را به دو نیم تقسیم کنند، توصیف کند، در حالی که فشار فقط میتواند نیروهایی را توصیف کند که میخواهند آن را فشرده یا منبسط کنند.
در یک سیال در حالت سکون، فشار در یک نقطه واحد در تمام جهات یکسان است، که آن را به یک کمیت اسکالر تبدیل میکند. تنش یک تانسور است زیرا مقدار آن کاملاً به صفحه خاصی که در داخل جامد به آن نگاه میکنید بستگی دارد. به عنوان مثال، یک ستون عمودی زیر یک وزنه سنگین، اگر آن را به صورت افقی در مقابل مورب اندازهگیری کنید، سطوح مختلفی از تنش را تجربه میکند.
فشار معمولاً منجر به تغییرات حجم میشود، مانند منقبض شدن بادکنک تحت فشار خارجی بالا. تنش عامل اصلی مورد استفاده برای پیشبینی زمان تغییر شکل یا شکستگی دائمی یک ماده جامد است. مهندسان «تنش کششی» را محاسبه میکنند تا ببینند آیا یک سیم پاره میشود یا «تنش فشاری» را محاسبه میکنند تا مطمئن شوند که فونداسیون یک ساختمان زیر وزن خودش فرو نمیریزد.
فشار و استرس دقیقاً یکسان هستند زیرا از واحدهای یکسانی استفاده میکنند.
اگرچه هر دو نیرو بر مساحت (پاسکال) را اندازهگیری میکنند، اما پدیدههای فیزیکی متفاوتی را توصیف میکنند. فشار یک نیروی اسکالر خارجی است که بر یک مرز اعمال میشود، در حالی که تنش یک تانسور داخلی است که توزیع نیروها را در یک جسم جامد نشان میدهد.
گازها میتوانند تنش برشی را درست مانند جامدات تجربه کنند.
در حالت سکون، سیالات (مایعات و گازها) نمیتوانند تنش برشی را تحمل کنند؛ آنها به سادگی جریان مییابند. تنش برشی فقط در سیالات زمانی وجود دارد که در حال حرکت باشند (ویسکوزیته)، در حالی که جامدات حتی در حالت کاملاً ساکن نیز میتوانند تنش برشی را حفظ کنند.
اگر به یک جسم جامد فشار وارد کنید، تنش همان فشار است.
تنش داخلی در یک جامد میتواند بسیار پیچیدهتر از فشار خارجی اعمال شده باشد. عواملی مانند شکل ماده، عیوب داخلی و نحوهی پشتیبانی از آن میتوانند باعث ایجاد «نقاط داغ» تنش داخلی شوند که بسیار بیشتر از فشار سطحی هستند.
استرس همیشه برای یک ماده مضر است.
تنش یک واکنش داخلی طبیعی و ضروری برای هر مادهای است که بار را تحمل میکند. مهندسی شامل مدیریت تنش است به طوری که تنش زیر «نقطه تسلیم» ماده باقی بماند و ایمنی و عملکرد سازه تضمین شود.
هنگام برخورد با سیالات، شرایط جوی یا نیروهای خارجی که بر روی یک مرز عمل میکنند، فشار را انتخاب کنید. هنگام تجزیه و تحلیل استحکام، دوام یا پاسخ مکانیکی داخلی سازهها و مواد جامد، تنش را انتخاب کنید.
این مقایسه، تمایزات اساسی ترمودینامیکی بین آنتروپی، معیار بینظمی مولکولی و پراکندگی انرژی، و آنتالپی، کل محتوای گرمای یک سیستم را بررسی میکند. درک این مفاهیم برای پیشبینی خودبهخودی بودن واکنش شیمیایی و انتقال انرژی در فرآیندهای فیزیکی در رشتههای علمی و مهندسی ضروری است.
این مقایسه، تمایزات بین اپتیک و آکوستیک، دو شاخه اصلی فیزیک که به پدیدههای موج اختصاص دارند، را بررسی میکند. در حالی که اپتیک رفتار نور و تابش الکترومغناطیسی را بررسی میکند، آکوستیک بر ارتعاشات مکانیکی و امواج فشار در محیطهای فیزیکی مانند هوا، آب و جامدات تمرکز دارد.
این مقایسهی دقیق، تمایز بین اتمها، واحدهای بنیادی منحصر به فرد عناصر، و مولکولها، که ساختارهای پیچیدهای هستند که از طریق پیوند شیمیایی تشکیل شدهاند، را روشن میکند. این مقایسه تفاوتهای آنها را در پایداری، ترکیب و رفتار فیزیکی برجسته میکند و درک اساسی از ماده را برای دانشآموزان و علاقهمندان به علم فراهم میکند.
این مقایسه، تمایز اساسی بین اسکالر و بردار در فیزیک را تجزیه و تحلیل میکند و توضیح میدهد که چگونه اسکالر به تنهایی نشاندهندهی بزرگی است در حالی که بردارها هم اندازه و هم یک جهت فضایی خاص را در بر میگیرند. این مقایسه، عملیات ریاضی منحصر به فرد، نمایشهای گرافیکی و نقشهای حیاتی آنها در تعریف حرکت و نیروها را پوشش میدهد.
این مقایسهی دقیق، تفاوتهای اساسی بین اصطکاک و نیروی مقاومت، دو نیروی مقاومتی حیاتی در فیزیک، را بررسی میکند. در حالی که هر دو با حرکت مخالف هستند، در محیطهای متمایزی عمل میکنند - اصطکاک عمدتاً بین سطوح جامد و نیروی مقاومت در محیطهای سیال - که بر همه چیز از مهندسی مکانیک گرفته تا آیرودینامیک و بهرهوری حمل و نقل روزمره تأثیر میگذارد.
