神话
压力和应力是一回事，因为它们使用的单位相同。
现实
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。
机械学物理工程材料科学流体动力学
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
神话
气体和固体一样，也会受到剪切应力。
现实
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。
神话
对固体施加压力时，应力等于压力。
现实
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。
神话
应力对材料总是有害的。
现实
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？
正应力和压力非常相似，因为它们都垂直于物体表面作用。然而，压力是流体对物体施加的外力，而正应力是固体内部原子相互挤压或拉扯产生的阻力。压力通常是压缩性的，而正应力可以是压缩性的，也可以是拉伸性的（拉开的）。
为什么应力被视为张量而不是标量？
像压力这样的标量只需要一个数值就能描述某一点的应力。应力是张量，因为它会随着测量平面的方向而变化。要完整描述固体中某一点的应力，需要考虑作用在三个不同平面（x、y 和 z）上的力，这需要三维应力张量包含九个分量。
没有应力，压力可以存在吗？
从物理意义上讲，答案是否定的。如果你对一个物体施加压力，该物体必须产生内部应力来抵抗这种压力。即使是沉没在海底的岩石，尽管承受着均匀的压力，其内部也存在着与上方水的重量平衡的压缩应力。如果没有这种内部应力，物体就会坍塌成一个点。
工程师如何利用应力来防止桥梁倒塌？
工程师会进行“应力分析”，以确保桥梁钢材和混凝土内部的受力永远不会超过材料的强度。他们会计算出最大预期荷载，然后使用“安全系数”，确保实际应力比导致材料失效或永久弯曲的应力低数倍。
当材料达到屈服点时，应力会发生什么变化？
当内应力超过屈服点时，材料会发生“塑性变形”。这意味着原子发生了位移，无法恢复到原来的位置。如果应力继续增加，最终会达到“极限抗拉强度”，导致材料完全断裂。
利用压力原理，为什么锋利的刀切割效果更好？
锋利的刀刃表面积非常小。由于压力等于力除以面积（$P = F / A$），因此在施加相同力的情况下，较小的表面积会产生更大的压力。这种高压会在被切割材料中产生强烈的局部应力，导致其分子间的键断裂。
血压是衡量压力的指标吗？
从医学角度来说，血压正如其字面意思：血液对动脉壁施加的压力（单位面积上的力）。然而，这种压力会在动脉壁内产生“环向应力”或周向应力。高血压的危险之处在于，它会产生过高的内部应力，随着时间的推移，这种应力会损伤甚至破裂血管组织。
简单来说，什么是剪切应力？
剪切应力是一种平行于表面作用的力，就像两张扑克牌相互滑动一样。压力只是“压入”表面，而剪切应力则试图使材料层彼此“滑动”。当螺栓固定两块相互重叠且受力方向相反的钢板时，螺栓所承受的就是这种应力。
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。
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