ความเค้น

02 Feb 2023

558

ความเค้น หมายถึง แรงต้านทานภายในเนื้อวัสดุที่มีต่อแรงภายนอกที่มากระทำต่อหนึ่งหน่วยพื้นที่ แต่เนื่องจากความไม่เหมาะสมทางปฏิบัติ และความยากในการวัดหาค่านี้ เราจึงมักจะพูดถึงความเค้นในรูปของแรงภายนอกที่มากระทำต่อหนึ่งหน่วยพื้นที่ ด้วยเหตุผลที่ว่า แรงกระทำภายนอกมีความสมดุลกับแรงต้านทานภายใน ดังนั้นเราอาจนิยามความหมายของความเค้น ดังนี้
ความเค้น (Stress) คือ อัตราส่วนระหว่างแรงทั้งหมดที่กระทำต่อผิววัตถุกับพื้นที่ผิววัตถุ หรือ คือแรงภายนอกต่อหนึ่งหน่วยพื้นที่ใช้สัญลักษณ์ว่า σ (sigma) จากนิยาม เราสามารถของความเค้นของวัสดุใดๆ ได้จาก

สูตร ความเค้น

กำหนดให้ σ คือ เป็นแรงภายนอกต่อหนึ่งหน่วยพื้นที่ ซึ่งเรียกว่า ความเค้น (นิวตันต่อตารางเมตร())
A คือ พื้นที่หน้าตัดของท่อนวัตถุ (ตารางเมตร ())
F คือ แรงภายนอกที่กระทำกับวัตถุ (นิวตัน(N))

เนื่องจากในที่นี้เราจะใช้หน่วยระบบเอสไอ (SI metric units) ดังนั้นแรง (F) จึงมีหน่วยเป็นนิวตัน (N) พื้นที่ (A) มีหน่วยเป็นตารางเมตร () และความเค้น (σ) มีหน่วยเป็นนิวตันต่อตารางเมตร () หรือเรียกว่า ปาสคาล (Pa)

ความเค้น-แรงภายนอกที่กระทำกับวัตถุ

ชนิดของความเค้นที่เกิดขึ้นกับวัสดุสามารถแบ่งออกได้เป็น 3 ชนิด คือ
1. ความเค้นดึง (tensile stress) สัญลักษณ์ จะเกิดขึ้นเมื่อวัตถุอยู่ภายใต้แรงดึง โดยแรงดึงจะต้องตั้งฉากกับพื้นที่หน้าตัดที่กระทำนั้น ความเค้นดึงจะให้เครื่องหมายแสดงเป็นบวก

ความเค้นดึง-(tensile stress)

2. ความเค้นอัด (compressive stress) สัญลักษณ์ จะเกิดขึ้นเมื่อวัตถุอยู่ภายใต้แรงอัด โดยแรงอัดจะต้องกระทำตั้งฉากกับพื้นที่หน้าตัดของท่อนวัตถุที่กระทำนั้น ความเค้นอัดจะให้เครื่องหมายแสดงเป็นลบ

ความเค้นอัด (compressive stress)

3. ความเค้นเฉือน (shear stress) สัญลักษณ์ (tau) เป็นแรงภายนอกที่มากระทำต่อวัตถุนั้นโดยพยายามทำให้วัตถุเกิดการขาดจากกันตามแนวระนาบที่ขนานกับทิศทางของแรงนั้น

ความเค้นเฉือน (shear stress)-รูปแสดงแรงเฉือนพยายามทำให้วัตถุขาด

กฎของฮุก (อังกฤษ: Hooke’s law) เป็นกฎทางฟิสิกส์ที่กล่าวว่าแรง F ที่ต้องใช้ในการยืดหรือหดสปริงเป็นระยะทาง นั้นจะแปรผันตรงกับระยะทางนั้น หรือ Fs=kx โดย k คือค่าคงที่ของสปริงหรือความเหนียวของสปริง และ
นั้นมีขนาดเล็กเทียบกับความยาวของสปริง กฎนี่ตั้งชื่อตามนักฟิสิกส์ชาวอังกฤษในศตวรรษที่ 17 ชื่อว่า รอเบิร์ต ฮุก[1] กฎของฮุกนั้นสามารถนำไปประยุกต์ใช้ได้ในสถานการณ์อื่นที่มีการเปลี่ยนรูปร่างของวัตถุยืดหยุ่น เช่น เมื่อมีลมพัดตึกสูงหรือเมื่อดีดสายกีตาร์

ในทฤษฎีความยืดหยุ่นกฎของฮุกกล่าวว่า ความเครียดของวัสดุยืดหยุ่นนั้นแปรผันตรงกับความเค้นที่กระทำต่อวัสดุนั้น อย่างไรก็ตามความเค้นและความเครียดนั้นมีหลายองค์ประกอบ ค่าคงที่ของการแปรผันนั้นจะไม่ใช่แค่ตัวเลขตัวเดียว แต่เป็นปริมาณเทนเซอน์สามารถแสดงได้ด้วยเมทริกซ์ โดยทั่วไปกฎของฮุกสามารถใช้ในการหาความสัมพันธ์ระหว่างความเค้นและความเครียดได้ ตัวอย่างเช่น แท่งยาวที่มีขนาดพื่นที่หน้าตัดคงที่นั้นจะประพฤติตัวเหมือนสปริงที่มีค่าคงที่ k แปรผันตรงกับพื้นที่หน้าตัดและแปรผกผันกับความยาวของมัน บทความคัดย่อจาก wikipedia

ผมเชื่อว่าอ่านมาถึงตรงนี้หลายๆท่านคงจะเข้าใจความเครียดได้ดีขึ้นไม่มากก็น้อยดังตัวอย่างรูปด้านล่างนี้นะครับ