¿Cuál es la diferencia entre estrés y presión?

Question

¿Cuál es la diferencia entre estrés y presión ? ¿Hay algún ejemplo intuitivo que explique la diferencia entre ambos? ¿Qué tal un ejemplo de cuándo la presión y el estrés no son iguales?

Answer 1

La presión se define como la fuerza por unidad de superficie aplicada a un objeto en una dirección perpendicular a la superficie. Y, naturalmente, la presión puede provocar tensiones en el interior de un objeto. Mientras que la tensión es la propiedad del cuerpo bajo carga y está relacionada con la interno fuerzas. Se define como una reacción producida por las moléculas del cuerpo bajo alguna acción que puede producir alguna deformación. La intensidad de estas fuerzas adicionales producidas por unidad de superficie se conoce como tensión (bonita imagen de la wikipedia):

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La presión de sobrecarga o presión litostática es un caso en el que la fuerza de gravedad de la propia masa del objeto crea una presión y da lugar a una tensión en la columna de suelo o roca. Esta tensión aumenta a medida que aumenta la masa (o la profundidad). Este tipo de tensión es uniforme porque la fuerza de gravedad es uniforme.

http://commons.wvc.edu/rdawes/G101OCL/Basics/earthquakes.html

En la presión litostática se incluye el peso de la atmósfera y, si se encuentra bajo un océano o un lago, el peso de la columna de agua sobre ese punto de la tierra. Sin embargo, en comparación con la presión causada por el peso de las rocas por encima, la cantidad de presión debida al peso del agua y el aire por encima de una roca es insignificante, excepto en la superficie superficie. La única manera de que la presión litostática sobre una roca cambie es que cambie la profundidad de la roca dentro de la tierra.

Dado que se trata de una fuerza uniforme aplicada en toda la sustancia, debida en su mayor parte a la propia sustancia, los términos presión y tensión son en cierto modo intercambiables porque la presión puede considerarse tanto una fuerza externa como interna.

Para un caso en el que no son iguales, basta con ver que la imagen de la regla. Si se aplica presión en el extremo más alejado (parte superior de la imagen) se crea una tensión desigual en el interior de la regla, especialmente cuando la tensión interna es alta en las esquinas.

Answer 2

Dado un tensor de tensión $\mathbf{\sigma}$ que tiene 9 componentes en general, la presión (en mecánica continua al menos) se define como $P = 1/3 tr(\mathbf{\sigma})$ .

Así, la presión en un punto del continuo es la media de las tres tensiones normales en el punto. Los términos no diagonales se manifiestan como tensión de cizallamiento.

Es difícil decir "tensión" sin ser más específico en tu pregunta porque la tensión no es un escalar. La presión es siempre diferente de la tensión, pero ambas están relacionadas.

Answer 3

La diferencia entre tensión y presión tiene que ver con la diferencia entre fuerza isotrópica y anisotrópica. Hay una Wikipedia sección sobre la descomposición de la tensión de Cauchy $\boldsymbol{\sigma}$ en componentes "hidrostáticos" y "desviatorios", $$\boldsymbol{\sigma}=\mathbf{s}+p\mathbf{I}$$ donde la presión $p$ es $$p=\frac{1}{3}\text{tr}(\boldsymbol{\sigma})$$ donde $\mathbf{I}$ es el $3\times 3$ matriz de identidad, y donde $\mathbf{s}$ es el componente sin traza de $\boldsymbol{\sigma}$ .

El artículo vinculado realmente da una explicación intuitiva bastante buena de $p\mathbf{I}$ :

(Del artículo) Un tensor de tensión hidrostática media $p\mathbf{I}$ que tiende a cambiar el volumen del cuerpo estresado.

Esto se debe a que la fuerza superficial experimentada por un plano con vector normal $\mathbf{n}$ viene dada por $$\mathbf{T}^{(\mathbf{n})}=\mathbf{n}\cdot\boldsymbol{\sigma}$$ que para una tensión puramente hidrostática se convierte en $$\mathbf{T}^{(\mathbf{n})}=\mathbf{n}\cdot p\mathbf{I}=p\mathbf{n}$$ que apunta en la misma dirección que la normal al plano. Esto significa básicamente que un cubo de material querrá expandirse como un globo si $p>0$ y contratar si $p<0$ .

Por otro lado, la componente desviatoria significa que hay fuerzas en juego que no sólo tienden a expandir o contraer las cosas, como las fuerzas de corte.

¿Qué tal un ejemplo de cuándo la presión y el estrés no son iguales?

En un sólido, pueden existir ondas de corte puras. A diferencia de las ondas de presión acústica, las ondas de cizalladura tienen una presión constante; las fuerzas que propagan la onda no se deben a la presión, sino a la deformación de cizalladura.

Answer 4

La presión es perpendicular al objeto, es una fuerza externa solamente. La presión provoca tensiones en el interior del objeto, por lo que la tensión es una fuerza interna.

Answer 5

La presión es una fuerza externa, cuando se aplica sobre otro cuerpo, el efecto se ve fácilmente en la parte exterior del cuerpo y afecta primero a la zona exterior del cuerpo. En el caso de la tensión, la deformación molecular se desarrolla en el interior del cuerpo y la tensión se genera lentamente en la parte interna de cualquier objeto debido a la carga. En el caso del estrés, la deformación molecular se desarrolla en la parte interna del cuerpo y el estrés se genera lentamente en la parte interna de cualquier objeto debido a la carga.