Spenning (mekanikk)

Fra Wikipedia, den frie encyklopedi
Gå til: navigasjon, søk

Spenning hører til fasthetslæren, og blir definert som kraft per arealenhet. Generelt blir formelen for spenning uttrykt ved:

\ \sigma = \frac{F}{A} \,

Hvor \ \sigma er spenning, ofte kalt normalspenning. \ F er kraft, og \ A er arealet denne kraften virker over.

SI-enheten til spenning er pascal (Pa).

Spenning mellom legemer[rediger | rediger kilde]

Et fysisk legeme er bygd opp fra elementærpartikkelnivå til hva vi kan observere med det blotte øyet. Mellom partikler på samme nivå finnes det forskjeller i ladning som gjør at disse henger sammen til en større enhet. Et atom blir holdt sammen fordi elektronet er negativt ladet og protonet er positivt ladet. Det er en spenning imellom. Et metall henger sammen til et større legeme fordi hvert metallion har en side som er relativt mer positivt ladet og en annen som er relativt mer negativ. Oksygen- og hydrogenatomer henger sammen til et vannmolekyl (H2O) blant annet på grunn av spenning. Vann har en ytre hinne fordi vi har spenning i form av frastøtning.

Det som opptrer for øyet som ett legeme er altså flere fysiske legemer som er holdt sammen med spenninger. Spenning er ladning som utøver kraft ved tiltrekning (eller frastøtning). Når ladningsforskjeller er utjevnet opphører spenningen. Om avstanden blir for stor vil ikke spenningen være målbar lenger.

Spenninger som ligger på molekylærnivå vil i denne sammenhengen ikke kunne flytte elektroner, og det oppstår dermed ingen strøm. De vil derimot trekke/støte på andre molekyler.

I mekanikken refereres det ofte til indre spenninger. Når et større legeme blir utsatt for en gitt ytre påvirkning (temperaturendring, mekanisk kraft) vil de mindre bestanddelene bli forskjøvet ut av sin opprinnelige posisjon i likevekt. I den nye posisjonen vil bestanddelene være i ubalanse såfremt de er så nær hverandre at forskjellene i ladning og potensiell energi utøver krefter seg imellom. Selve denne ubalansen forsøker å tvinge partiklene tilbake i sin opprinnelige posisjon i likevekt. Vi har da en elastisk deformasjon med indre spenninger. Blir forskyvningen så stor at bestanddelene finner en ny posisjon i likevekt uten ytre påkjenning (men fremdeles er i spenningsforhold til hverandre) er deformasjonen plastisk. Når spenningsforholdet opphører mellom bestanddelene har vi brudd i legemet.

Mekanisk spenning følger Newtons bevegelseslover og dermed resulterer en ytre påført kraft i tilsvarende indre motvirkende spenning, om deformasjonen er fullstendig elastisk. Dette uttrykkes:

\sigma = \frac{F}{A}\,\!, hvor \sigma\,\! (sigma)

er indre spenning, F er påført kraft og A er areal. Måleenheten for mekanisk spenning er den samme som for trykk: pascal, Pa. Pa=N/m².

Det er verdt å legge merke til at trykk hovedsakelig gjelder fluider (gass, væske) mens spenning omhandler faste stoffer. Trykk og spenning er stoffenes reaksjon på ytre krefter, som resulterer i en indre endring. Noe feilaktig brukes uttrykk i dagligtale som å ta opp krefter, men egentlig blir kreftene fordelt i stoffet og videreført. Om krefter blir tatt opp resulterer de enten i varig deformasjon eller i varme.