ما هو الإجهاد الميكانيكي؟
يقيس الإجهاد الميكانيكي القوة الداخلية التي تمارسها جزيئات المادة على بعضها البعض عند تعرّضها لحمل خارجي. ويُعرَّف بأنه القوة موزّعة على مساحة المقطع العرضي الذي يتحمّل تلك القوة. والإجهاد مفهوم أساسي في الهندسة والفيزياء وعلم المواد، ويُستخدم للتنبؤ بما إذا كان العنصر الإنشائي سيتشوّه أو ينهار تحت الحمل.
كيفية استخدام هذه الحاسبة
أدخل القوة المؤثرة بوحدة النيوتن (N)، ومساحة المقطع العرضي بوحدة المتر المربع (m²). تقسم الحاسبة القوة على المساحة وتعرض الإجهاد بوحدة الباسكال (Pa = N/m²)، إلى جانب تحويلات مريحة إلى الكيلوباسكال (kPa) والميغاباسكال (MPa). ويساوي الباسكال الواحد نيوتنًا واحدًا لكل متر مربع.
شرح المعادلة
المعادلة الحاكمة هي $$\sigma = \frac{\text{Force (N)}}{\text{Area (m}^2\text{)}}$$ حيث تمثّل σ (سيغما) الإجهاد، وF القوة العمودية المؤثرة، وA المساحة التي تقاوم تلك القوة. وبما أن الإجهاد هو قوة لكل وحدة مساحة، فإن المساحة الأصغر تركّز القوة نفسها في إجهاد أعلى — وهذا ما يفسّر لماذا تنهار المقاطع الرفيعة أولًا.
مثال محلول
لنفترض أن قضيبًا فولاذيًا مساحة مقطعه العرضي 0.01 m² يتحمّل قوة شدّ مقدارها 1000 N. عندها يكون الإجهاد $$\sigma = 1000 \div 0.01 = 100{,}000 \text{ Pa}$$ أي ما يعادل 100 kPa أو 0.1 MPa. ومقارنة هذه القيمة بمقاومة الخضوع للمادة تُبيّن للمهندس ما إذا كان القضيب آمنًا.
الأسئلة الشائعة
ما الوحدات المستخدمة لقياس الإجهاد؟ الوحدة في النظام الدولي (SI) هي الباسكال (Pa) التي تساوي N/m². ويستخدم المهندسون عادةً الميغاباسكال (1 MPa = 1,000,000 Pa).
هل هذا إجهاد شدّ أم إجهاد ضغط؟ المعادلة واحدة لكليهما؛ أما اصطلاح الإشارة (موجب للشدّ، سالب للضغط) فيعتمد على اتجاه القوة.
ماذا لو كانت المساحة عندي بالمليمتر المربع mm²؟ حوّلها أولًا إلى المتر المربع (1 mm² = 1e-6 m²)، أو لاحظ أن N/mm² تساوي MPa مباشرةً.
