Sự so sánh này nêu chi tiết những khác biệt vật lý giữa áp suất, một lực tác dụng bên ngoài vuông góc với bề mặt, và ứng suất, sức cản bên trong vật liệu phát sinh do tác động của tải trọng bên ngoài. Hiểu rõ những khái niệm này là nền tảng cho kỹ thuật kết cấu, khoa học vật liệu và cơ học chất lỏng.
Một lực tác dụng bên ngoài, phân bố đều và vuông góc với bề mặt của một vật thể.
Lực nội tại trên mỗi đơn vị diện tích phát sinh bên trong một vật rắn để chống lại sự biến dạng.
| Tính năng | Áp lực | Nhấn mạnh |
|---|---|---|
| Nguồn gốc của lực | Lực tác động từ bên ngoài lên một vật thể | lực cản bên trong cơ thể |
| Trạng thái vật chất | Chủ yếu là chất lỏng và chất khí | Chủ yếu là vật liệu rắn |
| Tính định hướng | Chỉ vuông góc (vuông góc) với bề mặt | Có thể vuông góc hoặc song song (lực cắt) |
| Loại toán học | Đại lượng vô hướng (chỉ có độ lớn) | Tensor (độ lớn, hướng và mặt phẳng) |
| Tính đồng nhất | Tác động đồng đều theo mọi hướng tại một điểm | Có thể khác nhau đáng kể tùy thuộc vào hướng. |
| Công cụ đo lường | Áp kế hoặc đồng hồ đo áp suất | Cảm biến biến dạng hoặc cảm biến siêu âm |
Áp suất được định nghĩa là lực tác động từ môi trường bên ngoài lên một bề mặt, ví dụ như áp suất không khí tác động lên da hoặc áp suất nước tác động lên thân tàu ngầm. Tuy nhiên, ứng suất là lực phản kháng bên trong của vật liệu chống lại sự kéo giãn, ép hoặc xoắn. Mặc dù áp suất gây ra ứng suất cho vật liệu, nhưng hai khái niệm này khác nhau vì ứng suất mô tả các lực ở cấp độ phân tử giữ cho vật rắn liên kết với nhau dưới tác động của tải trọng.
Áp suất là một lực hoàn toàn bình thường, nghĩa là nó luôn tác dụng vuông góc với bề mặt của vật thể. Ngược lại, ứng suất phức tạp hơn vì nó bao gồm các thành phần cắt tác dụng song song với mặt cắt ngang. Điều này có nghĩa là ứng suất có thể mô tả các lực trượt muốn cắt đôi vật liệu, trong khi áp suất chỉ có thể mô tả các lực muốn nén hoặc giãn nở vật liệu.
Trong chất lỏng ở trạng thái tĩnh, áp suất tại một điểm duy nhất là như nhau ở mọi hướng, do đó nó là một đại lượng vô hướng. Ứng suất là một tenxơ vì giá trị của nó phụ thuộc hoàn toàn vào mặt phẳng cụ thể mà bạn đang xét trong chất rắn. Ví dụ, một cột thẳng đứng chịu trọng lượng lớn sẽ chịu các mức ứng suất khác nhau nếu bạn đo theo chiều ngang so với chiều chéo.
Áp suất thường dẫn đến sự thay đổi thể tích, ví dụ như quả bóng bay bị co lại dưới áp suất bên ngoài cao. Ứng suất là yếu tố chính được sử dụng để dự đoán khi nào một vật liệu rắn sẽ bị biến dạng vĩnh viễn hoặc bị vỡ. Các kỹ sư tính toán "ứng suất kéo" để xem liệu một sợi dây có bị đứt hay không, hoặc "ứng suất nén" để đảm bảo nền móng của một tòa nhà sẽ không bị sụp đổ dưới trọng lượng của chính nó.
Áp suất và ứng suất về cơ bản là giống nhau vì chúng sử dụng cùng một đơn vị đo.
Mặc dù cả hai đều đo lực trên diện tích (đơn vị Pascal), nhưng chúng mô tả các hiện tượng vật lý khác nhau. Áp suất là một lực vô hướng bên ngoài tác dụng lên một ranh giới, trong khi ứng suất là một tenxơ bên trong biểu thị sự phân bố lực bên trong một vật rắn.
Chất khí cũng có thể chịu ứng suất cắt giống như chất rắn.
Ở trạng thái tĩnh, chất lỏng (chất lỏng và chất khí) không thể chịu được ứng suất cắt; chúng chỉ đơn giản là chảy. Ứng suất cắt chỉ tồn tại trong chất lỏng khi chúng chuyển động (độ nhớt), trong khi chất rắn có thể duy trì ứng suất cắt ngay cả khi hoàn toàn đứng yên.
Nếu bạn tác dụng lực lên một vật rắn, ứng suất sẽ bằng chính áp suất.
Ứng suất bên trong vật rắn có thể phức tạp hơn nhiều so với áp suất bên ngoài tác dụng. Các yếu tố như hình dạng vật liệu, khuyết tật bên trong và cách thức nâng đỡ có thể tạo ra các "điểm nóng" ứng suất bên trong cao hơn nhiều so với áp suất bề mặt.
Áp lực luôn gây hại cho vật liệu.
Ứng suất là phản ứng nội tại tự nhiên và cần thiết của bất kỳ vật liệu nào chịu tải trọng. Kỹ thuật liên quan đến việc quản lý ứng suất sao cho nó luôn nằm dưới "điểm chảy" của vật liệu, đảm bảo cấu trúc vẫn an toàn và hoạt động tốt.
Chọn áp suất khi xử lý chất lỏng, điều kiện khí quyển hoặc các lực tác động bên ngoài lên một ranh giới. Chọn ứng suất khi phân tích độ bền, độ chịu lực hoặc phản ứng cơ học bên trong của các cấu trúc và vật liệu rắn.
Bài so sánh này trình bày chi tiết những khác biệt vật lý cơ bản giữa âm thanh, một sóng dọc cơ học cần môi trường truyền dẫn, và ánh sáng, một sóng ngang điện từ có thể truyền qua chân không. Bài viết khám phá sự khác biệt giữa hai hiện tượng này về tốc độ, sự lan truyền và tương tác với các trạng thái vật chất khác nhau.
Sự so sánh này xem xét những khác biệt cơ bản giữa dẫn nhiệt, vốn đòi hỏi sự tiếp xúc vật lý và môi trường vật chất, và bức xạ, vốn truyền năng lượng thông qua sóng điện từ. Nó nhấn mạnh cách bức xạ có thể truyền đi trong chân không vũ trụ một cách độc đáo, trong khi dẫn nhiệt dựa vào sự rung động và va chạm của các hạt trong chất rắn và chất lỏng.
Bài so sánh này xem xét những khác biệt vật lý giữa chân không—môi trường không có vật chất—và không khí, hỗn hợp khí bao quanh Trái đất. Nó trình bày chi tiết cách sự hiện diện hoặc vắng mặt của các hạt ảnh hưởng đến sự truyền âm, sự chuyển động của ánh sáng và sự dẫn nhiệt trong các ứng dụng khoa học và công nghiệp.
Sự so sánh này phân tích các tính chất vật lý của chất dẫn điện và chất cách điện, giải thích cách cấu trúc nguyên tử quyết định dòng điện và nhiệt. Trong khi chất dẫn điện tạo điều kiện cho sự chuyển động nhanh chóng của electron và năng lượng nhiệt, chất cách điện lại tạo ra điện trở, khiến cả hai đều thiết yếu cho sự an toàn và hiệu quả trong công nghệ hiện đại.
Sự so sánh này xem xét hai loại chuyển động chính trong cơ học cổ điển: chuyển động thẳng, trong đó một vật thể di chuyển dọc theo một đường thẳng hoặc đường cong, và chuyển động quay, trong đó một vật thể quay quanh một trục bên trong hoặc bên ngoài. Hiểu được sự tương đồng về mặt toán học giữa chúng là điều cần thiết để nắm vững động lực học vật lý.
