力、压力和材料强度
仪器信息网 · 2012-09-17 07:18 · 15822 次点击
“力”是个象形字。“力”字颇像古代的犁形,上部为犁把,下部为犁头。但是在物理学中所说的力的含义要比生活中所说的力的含义狭窄、确切得多。有力存在时,一定有两个物体发生了作用。吸引、推拉、挺举等等是对这些作用的具体描绘。磁铁对铁块的吸引力,运动员举杠铃的举力,火车头拉车箱的拉力,地球给物体的重力……。物体之间的相互作用称为“力”。某时刻作用在某物体上的这种力正比于该物体此刻速度的变化率,也正比于该物体的质量,即F=ma。其中m为物体质量(单位kg),a是加速度(单位m/s-2),所以SI中力的单位是千克米每二次方秒(kg●m/(s-2)),特有的名称是牛顿,符号为N。
压力不是力而是压强。物体单位面积上受到的压力叫做压强。根据压强的定义可以推导出计算压强的公式:P=F/S,式中p表示压强,F表示压力,S表示受力面积。压强的单位是“牛每平方米”,在国际单位制中叫做“帕斯卡”,简称“帕”,用符号“Pa”表示,常用单位MPa。严格意义上说我认为应该定义为“力强”,而不应该定义为压强。只有压力的强度才能够称为压强,拉力的强度叫拉强,重力的强度叫重强,如此类推。所以我们日常说的压力实际上不是力而是压强。压强是比较压力效果的物理量,物体单位面积上受到的压力越大,压力产生的效果越显著,也就是压强越大。用拳头使劲打在布上打不透,用针稍微加力扎就能扎透,就是这个原因。
当受力物体受其他物体的作用后,能获得加速度产生位移,不能产生位移时,形状和尺寸将发生变化,这种形变就称为应变。物体内各部分之间产生相互作用的内力,以抵抗这种外因的作用,并力图使物体从变形后的位置回复到变形前的位置。在所考察的截面单位面积上的内力称为应力。即材料“单位面积上所承受的附加内力”。公式记为σ=F/S,式中σ表示应力,F表示力,S表示受力面积。
按载荷作用的形式不同,应力又可以分为拉伸应力、压缩应力、弯曲应力和扭转应力。对于某一种材料,应力的增长是有限度的,超过这一限度,材料就要被破坏。对某种材料来说,应力可能达到的这个限度称为该种材料的极限应力。极限应力值要通过材料的力学试验测定。材料能安全工作的应力最大值,这就是许用应力。材料要想安全使用,在使用时其内的应力应低于它的极限应力,否则材料就会在使用时发生破坏。结构杆件所用材料在规定的荷载作用下,材料发生破坏时的应力称为强度。根据外力作用方式不同,材料有抗拉强度、抗压强度、抗剪强度等。对有屈服点的钢材还有屈服强度和极限强度的区别。
材料强度的计算公式σ=F/S和压强的计算公式P=F/S完全相同,都是单位面积所承受的力,所以抗拉强度与压力计量所说的压力都在我说的“力强”,在这个概念下是一回事,计量单位理所当然都是帕斯卡。压力和力是完全两码事,计量单位当然不能用同一个。