ความเค้น (Stress) คือ แรงที่เกิดขึ้นภายในของแข็งต่อหนึ่งหน่วยพื้นที่ เกิดจากแรงภายนอกกระทำต่อของแข็ง โดยแรงภายนอกนี้อาจเกิดจากน้ำหนัก แรงกด แรงดึง หรือแรงกระแทก
ความเค้นสามารถแบ่งออกเป็น 3 ประเภทหลักๆ คือ
- ความเค้นแรงดึง (Tensile stress) คือ แรงที่กระทำต่อของแข็งในแนวดึง
- ความเค้นแรงอัด (Compressive stress) คือ แรงที่กระทำต่อของแข็งในแนวอัด
- ความเค้นเฉือน (Shear stress) คือ แรงที่กระทำต่อของแข็งในแนวเฉือน
ความเค้นแรงดึง
ความเค้นแรงดึงเกิดขึ้นเมื่อแรงภายนอกกระทำต่อของแข็งในแนวดึง ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงรูปร่างของของแข็งในแนวดึง เช่น ของแข็งจะยืดหรือยาวขึ้น
ความเค้นแรงอัด
ความเค้นแรงอัดเกิดขึ้นเมื่อแรงภายนอกกระทำต่อของแข็งในแนวอัด ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงรูปร่างของของแข็งในแนวอัด เช่น ของแข็งจะหดตัวหรือสั้นลง
ความเค้นเฉือน
ความเค้นเฉือนเกิดขึ้นเมื่อแรงภายนอกกระทำต่อของแข็งในแนวเฉือน ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงรูปร่างของของแข็งในแนวเฉือน เช่น ของแข็งจะเลื่อนหรือบิด
ความสัมพันธ์ระหว่างความเค้นและความเครียด
ความเค้นสามารถคำนวณได้จากสูตรดังนี้
1 | σ = F/A |
โดยที่
- σ คือ ความเค้น
- F คือ แรงภายนอก
- A คือ พื้นที่หน้าตัดของของแข็ง
ความเค้นสูงสุดที่ของแข็งทนได้
ของแข็งทุกชนิดจะมีความเค้นสูงสุดที่ทนได้ หากความเค้นภายนอกกระทำต่อของแข็งเกินกว่าความเค้นสูงสุดที่ทนได้ ของแข็งจะเกิดความเสียหาย เช่น แตก งอ หรือหัก
ประโยชน์ของความเค้น
ความเค้นถูกนำมาใช้ในชีวิตประจำวันมากมาย เช่น
- ใช้ในการออกแบบและก่อสร้างสิ่งก่อสร้างต่างๆ
- ใช้ในการผลิตวัสดุต่างๆ เช่น โลหะ พลาสติก
- ใช้ในการทดสอบวัสดุ
สรุป
ความเค้นเป็นปรากฏการณ์ที่มีความสำคัญต่อของแข็ง ความเข้าใจหลักการของความเค้นจะช่วยให้เราเข้าใจการทำงานของสิ่งต่างๆ ที่เกี่ยวข้องกับของแข็ง เช่น สะพาน อาคาร รถยนต์ เป็นต้น