圧力と応力の違い

こんにちは。 今日は、混同しやすい2つの概念についてお話しします. それは 圧力と 応力です. これらは物理学と工学で非常に重要な概念であり、流体力学や固体力学に関係する多くの場面で使われます。しかし、どちらも単位がパスカル（Pa）なので、混同する人もいます。私も学部生のころ疑問に思ったことがありました。笑。2つの違いを理解すれば、混同せず明確に区別できます。

 

それでは説明を始めます。

 

圧力

 

'圧力'について見ていきましょう. 圧力は、外部から加わる力の強さを示すスカラー量です. 物体の単位面積に作用する外力として定義されます.

 

例えば, ボールが壁に衝突すると、ボールは壁に圧力を加えます. 圧力は熱力学的な性質に属し, ベクトル面積要素(すなわち面に垂直なベクトル)と、それに作用する静的な力に関係します. 圧力は主に流体と関係し, これは液体や気体の体積内の原子(や、その体積内に閉じ込められた分子) の間の運動量の移動によって変わります. 圧力は計器を用いて直接測定でき, その大きさはすべての方向で同じです. 圧力には物体の変形を引き起こす役割があります.

 

応力

次に, '応力'について見ていきます. 応力は、物体が変形に抵抗するために生み出す内部抵抗力の、単位面積当たりの大きさと定義されます. 内部で生じる抵抗力の強さとも呼ばれます. 応力は垂直方向や水平方向に作用し, その大きさ, 方向, そして作用点によって説明されます。

各方向の応力は、同じ場合も異なる場合もあります. 応力は、物体が変形に抵抗するのを助けます.

応力は、外力が作用して平衡状態を乱そうとするときにだけ発生します.

 

例えば, 誰かがばねを引っ張ると, ばねに応力が生じ, 元の位置を保とうとします. 外力が作用すると, 物体の元の形を変えようとし, 原子間の距離も変えようとします. しかし, 物体には、外力に抵抗して元の形を保とうとする傾向があります. この傾向によって、内部に反対向きの力が生じます. この反対向きの力の単位面積当たりの大きさを応力と呼びます.

 

応力の方向は外力と反対であり, 応力は構造的な性質を持ちます. 外力に抵抗するため、物体内部に生じます. 応力は固体内部で方向によって異なる場合があります.

 

圧力と応力の比較

 

ここまでは2つの概念の定義でした。

この定義に基づき、違いを表で示すと次のようになります。

 

圧力	応力
圧力は 物体の 単位 面積に 加わる 外力.	応力は 変形に 抵抗する ために 生じる 単位 面積当たりの 物体の 内部 抵抗力
外力の 強さ	内部 抵抗力の 強さ
表面は(さまざまな 方向)から 圧力を 受ける	応力は 垂直 または 平行な 方向に作用する
スカラー	応力の 大きさ, 方向 および 作用 点を 用いて 応力を 説明する (“second-order tensor”とも 呼ぶ.)
圧力の 大きさは すべての 方向で 同じ	応力の 大きさは 方向に よって 異なる 場合が ある.

という違いがあります。

 

以上が応力と圧力の違いです。お役に立てば幸いです。それでは次の記事でお会いしましょう。