压力与应激
本文详细阐述了压力（垂直于表面施加的外力）和应力（材料在外部载荷作用下产生的内部阻力）之间的物理区别。理解这些概念对于结构工程、材料科学和流体力学至关重要。
亮点
- 压力是外部影响；应激是内部阻力。
- 压力总是垂直作用的，而应力可以沿任何方向作用。
- 两者都使用相同的国际单位制单位——帕斯卡，即每平方米一牛顿。
- 流体通常不能承受剪切应力，但固体可以。
压力是什么？
作用于物体表面且均匀垂直的外力。
- 符号：P
- 单位：帕斯卡 (Pa) 或牛顿/平方米 (N/m²)
- 自然：标量
- 方向：始终垂直于表面
- 背景：主要与流体（液体和气体）相关
压力是什么？
固体内部单位面积上产生的抵抗变形的内力。
- 符号：σ（sigma）或τ（tau）
- 单位：帕斯卡 (Pa) 或牛顿/平方米 (N/m²)
- 自然：张量
- 方向：可以是垂直于表面的，也可以是切向（剪切）于表面的。
- 背景：主要与固体力学相关
比较表
| 功能 | 压力 | 压力 |
|---|---|---|
| 力的起源 | 作用于物体的外力 | 物体内部的阻力 |
| 物质状态 | 主要成分为液体和气体 | 主要为固体材料 |
| 方向性 | 仅垂直于（法向）表面 | 可以是垂直的，也可以是平行的（剪切） |
| 数学类型 | 标量（仅数值） | 张量（大小、方向和平面） |
| 均匀性 | 在一点上向各个方向作用力相等 | 可能因方向而异 |
| 测量工具 | 压力表或压力计 | 应变计或超声波传感器 |
详细对比
外部应用与内部反应
压力是指外部环境对物体表面施加的压力，例如大气对皮肤的压力或水对潜艇船体的压力。而应力则是材料内部抵抗拉伸、挤压或扭曲的“反作用力”。虽然压力会导致材料承受应力，但两者截然不同，因为应力描述的是固体在受力状态下分子层面的相互作用力。
方向和表面相互作用
压力严格来说是一种正压力，这意味着它始终以90度角作用于物体表面。相比之下，应力则更为复杂，因为它包含平行于横截面的剪切分量。这意味着应力可以描述试图将材料切成两半的滑动力，而压力只能描述试图压缩或膨胀材料的力。
标量与张量特性
在静止的流体中，某一点的压力在各个方向上都相同，因此压力是标量。应力是张量，因为它的值完全取决于你在固体内部观察的具体平面。例如，一根承受重物的垂直柱体，如果从水平方向和对角方向测量，所受到的应力大小就不同。
变形与失效
压力通常会导致体积变化，例如气球在高压下会收缩。应力是预测固体材料何时会发生永久变形或断裂的主要因素。工程师会计算“拉应力”来判断电线是否会断裂，或计算“压应力”来确保建筑物的地基不会因自身重量而坍塌。
优点与缺点
压力
优点
- +可直接轻松测量
- +在静止流体中均匀分布
- +简单的标量计算
- +气体中可预测
继续
- −仅限于表面相互作用
- −无法描述剪切
- −固体分析不完整
- −假设力垂直于物体。
压力
优点
- +解释材料失效
- +涵盖所有力的方向
- +对结构安全至关重要
- +区分材料类型
继续
- −复张量数学
- −难以直接测量
- −随方向而变化
- −计算密集型
常见误解
压力和应力是一回事，因为它们使用的单位相同。
虽然压力和应力都测量单位面积上的力（帕斯卡），但它们描述的是不同的物理现象。压力是作用于边界的外部标量力，而应力是表示固体内部力分布的内部张量。
气体和固体一样，也会受到剪切应力。
静止状态下，流体（液体和气体）无法承受剪切应力；它们只会流动。剪切应力仅在流体运动时（粘度）才会存在，而固体即使在完全静止的情况下也能保持剪切应力。
对固体施加压力时，应力等于压力。
固体内部应力远比外部压力复杂得多。材料的形状、内部缺陷以及支撑方式等因素都会导致内部应力“热点”的产生，这些热点的应力远高于表面压力。
应力对材料总是有害的。
应力是任何材料在承受载荷时自然且必要的内部反应。工程设计旨在控制应力，使其保持在材料的“屈服点”以下，从而确保结构的安全性和功能性。
常见问题解答
正常压力和正常应激的主要区别是什么？
为什么应力被视为张量而不是标量？
没有应力，压力可以存在吗？
工程师如何利用应力来防止桥梁倒塌？
当材料达到屈服点时，应力会发生什么变化？
利用压力原理，为什么锋利的刀切割效果更好？
血压是衡量压力的指标吗？
简单来说，什么是剪切应力？
裁决
处理流体、大气条件或作用于边界的外力时，应选择压力。分析固体结构和材料的强度、耐久性或内部力学响应时，应选择应力。
相关比较
串联电路与并联电路
本文对比分析了串联和并联电路配置之间的根本区别，详细阐述了电流、电压和电阻在两种电路配置中的变化规律。理解这些电路布局对于掌握基础电子学知识、家庭布线安全以及现代消费电子产品和工业电源系统的功能设计至关重要。
交流电与直流电（AC vs DC）
本文对比分析了交流电 (AC) 和直流电 (DC) 这两种主要电力传输方式之间的根本区别。文章涵盖了它们的物理特性、产生方式，以及现代社会为何需要将两者战略性地结合起来，为从国家电网到智能手机等各种设备供电。
传导与对流
这项详尽的分析探讨了热传递的主要机制，区分了传导（固体中直接的动能交换）和对流（流体的质量运动）。它阐明了分子振动和密度流如何驱动热能通过自然和工业过程中不同物质状态进行传递。
光子与电子
本文旨在比较光子（无质量的电磁力载体）和电子（带负电荷的原子基本组成单元）之间的根本区别。理解这两种亚原子实体对于把握光和物质的二元性，以及电学和量子物理学的原理至关重要。
光学与声学
本文旨在比较光学和声学之间的区别，这两个物理学分支主要研究波动现象。光学探索光和电磁辐射的行为，而声学则侧重于物理介质（如空气、水和固体）中的机械振动和压力波。