Vizualizare sursă pentru „Tensiune (mecanică)”

{{Altesensuri|tensiune}}
[[Fișier:Plastic Protractor Polarized 05375.jpg|thumb|[[Tensiune reziduală|Tensiuni reziduale]] într-un [[raportor]] de plastic puse în evidență în [[lumină]] polarizată prin {{ill-wd| Q2140269||fotoelasticitate}}]]
În [[rezistența materialelor]] '''tensiunea'''<ref name=AM20>Andreescu, Mocanu, 2005, p. 20</ref><ref name=HT15>Hlușcu, Tripa, RM1, p. 15</ref> sau '''efortul unitar'''<ref>Buzdugan, 1970, p. 15–16</ref> este o [[mărime fizică]] care descrie [[forță |forțele]] interne în timpul [[deformare |deformațiilor]].<ref name=AM20/><ref name=HT15/><ref>{{en icon}} {{Cite web |date=2020-07-31 |title=What is Shear Stress - Materials - Definition |url=https://material-properties.org/what-is-shear-stress-materials-definition/ |access-date=2022-11-02 |website=Material Properties |language=en-US}}</ref> De exemplu, un obiect cum ar fi o bandă elastică, este supus unei [[forță de întindere |''întinderi'']] și poate suferi o lungire. Un obiect care este comprimat, cum ar fi un burete mototolit, este supus unei [[forță de  compresiune |''compresiuni'']] și poate suferi o scurtare.<ref>{{en icon}} {{Cite web |title=12.3 Stress, Strain, and Elastic Modulus - University Physics Volume 1 {{!}} OpenStax |url=https://openstax.org/books/university-physics-volume-1/pages/12-3-stress-strain-and-elastic-modulus |access-date=2022-11-02 |website=openstax.org |language=en}}</ref><ref>{{en icon}} {{Cite web |title=Class Physical-Quantity in theory Physical-Quantities |url=http://www-ksl.stanford.edu/knowledge-sharing/ontologies/html/physical-quantities/PHYSICAL-QUANTITY.html |access-date=2022-11-02 |website=www-ksl.stanford.edu |archive-date=2023-03-07 |archive-url=https://web.archive.org/web/20230307164115/http://www-ksl.stanford.edu/knowledge-sharing/ontologies/html/physical-quantities/PHYSICAL-QUANTITY.html |dead-url=yes }}</ref> Cu cât forța este mai mare și cu cât [[arie |aria]] [[secțiune |secțiunii]] transversale a [[corp (fizică) |corpului]] asupra căreia acționează este mai mică, cu atât tensiunea este mai mare. [[Analiză dimensională |Dimensional]], tensiunea este similară unei [[presiune |presiuni]] și în [[Sistemul Internațional|SI]] se [[măsurare |măsoară]] în [[newton]]i pe [[metru pătrat]] (N/m<sup>2</sup>) sau [[Pascal (unitate) |pascali]] (Pa).

În interiorul unui material tensiunile pot să apară din diferite cauze: datorită forțelor masice (de [[inerție]] sau [[gravitație |gravitaționale]]) sau exterioare, pe suprafața acestuia ([[forță de contact |forțe de contact]], presiune externă , sau [[frecare]]). Orice deformare a unui material solid generează o ''tensiune'' [[elasticitate |elastică]] internă, analoagă cu forța de [[reacțiune]] a unui [[arc (organ de mașină) |arc]], care tinde să readucă materialul la starea sa originală nedeformată. 

Tensiuni semnificative pot exista chiar și în absența forțelor externe, de exemplu tensiunile remanente după încetarea acțiunii unor forțe care au determinat deformații elasto-plastice, sau [[tensiune reziduală |tensiunile reziduale]], de exemplu din sticla călită. De asemenea, tensiunile pot fi provocate fără aplicarea unor forțe exterioare, de exemplu prin [[dilatare termică |modificări de temperatură]] sau [[compoziție chimică]], sau prin [[câmp electromagnetic |câmpuri electromagnetice]] externe (ca în materialele [[piezoelectricitate |piezoelectrice]] și [[magnetostricțiune |magnetostrictive]]).

Relația dintre tensiuni și deformații poate fi destul de complicată, dar pentru valori suficient de mici în practică poate fi adecvată o [[aproximare liniară]]. Tensiunea care depășește anumite limite de rezistență ale materialului va duce la o deformare permanentă (cum ar fi deformarea plastică, ruperea) sau chiar la schimbarea [[structură cristalină |structurii cristaline]] și a compoziției [[chimie |chimice]].

== Istoric ==
{{Imagine multiplă
| direction = vertical
| total_width = 300
| image1 = Roman era stone arch bridge, Ticino, Switzerland cropped.JPG
| caption1 = Pod [[Imperiul Roman |roman]] în [[Elveția]]. Arcele de piatră ale podului sunt supuse la tensiuni de ''compresiune''.
| image2 = Inca bridge.jpg
| caption2 = Pod [[inca]] peste râul Apurimac. Frânghiile podului sunt supuse la tensiuni de întindere.
}}
Oamenii și-au dat seama despre tensiunile din interiorul materialelor încă din cele mai vechi timpuri. Până în secolul al XVII-lea, această înțelegere a fost în mare parte intuitivă și empirică, deși acest lucru nu a împiedicat dezvoltarea unor tehnologii relativ avansate precum {{ill-wd| Q186476||arcul compozit}} și {{ill-wd| Q12185286||suflarea sticlei}}.<ref>{{en icon}} {{cite book|last1=Gordon|first1=J.E.|title=Structures, or, Why things don't fall down|date=2003|publisher=Da Capo Press|location=Cambridge, MA|isbn=0306812835|edition=2. Da Capo Press}}</ref> 

De-a lungul mai multor milenii, arhitecții și, mai ales, constructorii, au învățat cum să îmbine grinzi de lemn și blocuri de piatră cu forma potrivită pentru a rezista, transmite și distribui tensiunile în cel mai eficient mod, în elemente ingenioase precum [[capitel]]urile, [[arc (arhitectură) |arcele]], [[cupolă |cupolele]], {{ill-wd| Q1328068||grinzile cu zăbrele}}, precum și [[arc butant |arcele butante]] ale [[arhitectura gotică |catedralelor gotice]].

Arhitecții antici și medievali au dezvoltat unele metode geometrice și formule simple pentru a calcula dimensiunile stâlpilor și grinzilor, dar înțelegerea științifică a tensiunii a devenit posibilă numai după ce instrumentele necesare au fost inventate în secolele al XVII-lea și al XVIII-lea: [[experiment |metoda experimentală]] riguroasă de [[Galileo Galilei]],  [[coordonate carteziene |coordonatele]] și [[geometrie analitică |geometria analitică]] de [[René Descartes]] și [[legile lui Newton |legile mișcării și echilibrului]] și [[calcul infinitezimal |calculul infinitezimal]] de [[Isaac Newton]].<ref>{{en icon}} Jacob Lubliner (2008). [http://www.ce.berkeley.edu/~coby/plas/pdf/book.pdf "Plasticity Theory"] {{webarchive|url=https://web.archive.org/web/20100331022415/http://www.ce.berkeley.edu/~coby/plas/pdf/book.pdf |date=2010-03-31 }} (revised edition). Dover Publications. {{ISBN|0-486-46290-0}}</ref> Cu aceste instrumente, [[Augustin-Louis Cauchy]] a reușit să ofere primul model matematic riguros și general al unui corp elastic deformat prin introducerea noțiunilor de tensiune și deformație specifică.<ref>{{en icon}} Stephen P. Timoshenko, [https://archive.org/details/historyofstrengt0000timo_k8r2/page/110/mode/2up ''History of strength of materials''], New York: Dover Publications Inc., 1983,p. 107–110</ref> Cauchy a observat că forța pe o suprafață imaginară era o funcție liniară a [[vector (fizică și matematică) |vectorului]] său [[normală |normal]] și că trebuie să fie o funcție simetrică (cu impulsul total zero).

== Definiție ==
Tensiunea este definită drept raportul dintre forță și o unitate de suprafață, pentru orice orientare a suprafeței.<ref>{{en icon}} Wai-Fah Chen, Da-Jian Han (2007), [https://books.google.com/books?id=E8jptvNgADYC&pg=PA46 "Plasticity for Structural Engineers"]. J. Ross Publishing {{ISBN|1-932159-75-4}}</ref> Fiind un raport dintre o mărime fizică fundamentală (forța) și o mărime pur geometrică (aria), tensiunea este și ea o mărime fundamentală, cum ar fi [[viteză |viteza]], [[momentul forței]] sau [[energie |energia]], care poate fi cuantificată și analizată fără a lua în considerare în mod explicit natura materialului sau a cauzelor sale fizice.

Urmând premisele de bază ale [[mecanica mediilor continue |mecanicii mediilor continue]], tensiunea este un concept [[scară macroscopică |macroscopic]]. Particulele luate în considerare în definiția și analiza sa ar trebui să fie suficient de mici pentru a fi tratate ca fiind omogene din punct de vedere al compoziției și stării, dar totuși suficient de mari pentru a ignora efectele [[mecanica cuantică |cuantice]] și mișcările moleculelor. Astfel, forța dintre două particule este de fapt media unui număr foarte mare de forțe atomice dintre moleculele lor; iar cantitățile fizice cum ar fi masa, viteza și forțele care acționează în cea mai mare parte a corpurilor tridimensionale, cum ar fi gravitația, se presupune că sunt bine distribuite.<ref>{{en icon}} Peter Chadwick (1999), [https://books.google.com/books?id=QSXIHQsus6UC&pg=PA95 "Continuum Mechanics: Concise Theory and Problems"], Dover Publications, series "Books on Physics". {{ISBN|0-486-40180-4}}, p.&nbsp;90–106</ref> În funcție de context, se poate presupune, de asemenea, că particulele sunt suficient de mari pentru a permite media altor caracteristici microscopice, cum ar fi granulele unei tije de [[metal]] sau [[fibră |fibrele]] unei bucăți de [[lemn]].

Cantitativ, tensiunea este exprimată prin ''vectorul tensiune Cauchy T'' definit ca raportul dintre forța de întindere ''F'' între părțile adiacente ale materialului dintr-o suprafață de separare imaginară ''S'', și aria lui ''S''.<ref name="Liu">{{en icon}} I-Shih Liu (2002), [https://books.google.com/books?id=-gWqM4uMV6wC&pg=PA43 "Continuum Mechanics"]. Springer {{ISBN|3-540-43019-9}}, p.&nbsp;41–50</ref> Direcția și mărimea sa depind în general de orientarea lui ''S''. Astfel, starea de tensiune a materialului trebuie descrisă printr-un [[tensor]], numit {{ill-wd| Q13409892||tensorul tensiune (Cauchy)}}; care este o [[transformare liniară |funcție liniară]] care leagă vectorul normal ''n'' al unei suprafețe ''S'' cu vectorul tensiunii ''T'' din ''S''. În ceea ce privește orice [[coordonate carteziene |sistem de coordonate]] ales, tensorul tensiune poate fi reprezentat ca o [[matrice simetrică]] de {{math|1=3×3}} numere reale. Chiar și într-un corp omogen, tensorul tensiune poate varia de la un loc la altul și se poate schimba în timp; prin urmare, tensiunea dintr-un material este, în general, un [[câmp tensorial]] variabil în timp.

=== Tensiune normală și tensiune tangențială ===
În general, tensiunea ''T'' pe care o „particulă” ''P'' o aplică unei alte particule ''Q'' de pe suprafața ''S'' poate avea orice direcție față de ''S''. Vectorul ''T'' poate fi privit ca suma a două componente: ''tensiunea normală'', perpendiculară pe suprafață și ''[[tensiune tangențială |tensiunea tangențială]]'', coplanară cu suprafața.<ref name=HT15/>

Dacă [[versor]]ul normal ''n'' al suprafeței (îndreptat de la ''Q'' spre ''P'') este considerat fix, componenta normală poate fi exprimată printr-un singur număr, [[produs scalar |produsul scalar]] {{nowrap|''T'' • ''n''}}. Acest număr va fi pozitiv dacă ''P'' „trage” de ''Q'' (tensiune de [[forță de întindere |întindere]]) și negativ dacă "P" „împinge” pe ''Q'' (tensiune de [[forță de compresiune |compresiune]]).<ref>Andreescu, Mocanu, 2005, p. 78</ref><ref>Hlușcu, Tripa, RM1, p. 135</ref>

== Notații și unități ==
De obicei tensiunea normală sau tensiunea în general (după caz) se notează cu [[alfabetul grec |litera grecească]] <math>\sigma</math>, iar tensiunea tangențială cu <math>\tau</math>.<ref name=HT15/><ref>Andreescu, Mocanu, 2005, p. 65</ref>

Dimensiunea tensiunii este cea a [[presiune |presiunii]] și, prin urmare, valorile sale sunt măsurate în aceleași unități ca și presiunea: și anume, în [[Sistemul internațional de unități|Sistemul Internațional]] în [[pascal (unitate) |pascali]] (Pa, adică [[newton]]i pe [[metru pătrat]] (N/m<sup>2</sup>). Deoarece tensiunile mecanice depășesc cu ușurință un milion de pascali, în practică se folosește [[Sistemul internațional de unități#Prefixe_SI |multiplul]] MPa.<ref>Andreescu, Mocanu, 2005, p. 48</ref><ref name=HT134>Hlușcu, Tripa, RM1, p. 134</ref>

În [[Sistemul MKfS de unități |sistemul tehnic de unități]] unitatea de măsură a tensiunii a fost ''kilogram-forță pe centimetru pătrat'' (kgf/cm<sup>2</sup>). O scurtă perioadă (timpul de tranziție) s-a folosit ''decanewton pe centimetru pătrat'' (daN/cm<sup>2</sup>) deoarece astfel practic se puteau folosi valorile numerice exprimate în kgf/cm<sup>2</sup> fără conversie. Relațiile de conversie sunt:<ref name=HT134/>
:{{math|1=1 kgf/cm<sup>2</sup> = 0,0980665 MPa &approx; 0,1 MPa}}
:{{math|1=1 kgf/cm<sup>2</sup> &approx; 1 daN/cm<sup>2</sup>}}
:{{math|1=1 daN/cm<sup>2</sup> = 0,1 MPa = 1 [[bar]]}}

== Cauze și efecte ==
[[File:Vase-craquele-Emile-Galle-vers-1880-decor-mante-religieuse-cigale-1301.jpg|upright|thumb|Vază cu efect de ''fisurare''. Fisurile sunt rezultatul unor tensiuni scurte, dar intense, create atunci când piesa fierbinte este scufundată pentru scurt timp în apă.<ref>{{de icon}} Glashütte Lamberts, [https://lamberts.de/crackled-glas Crackled Glass], lamberts.de, accesat 2024-02-02</ref>]]
Într-un corp tensiunile pot fi cauzate de multiple cauze fizice, fie influențe externe, fie procese fizice interne. Unii dintre acești agenți (cum ar fi gravitația, modificările de temperatură și [[fază (termodinamică) |fază]] și câmpurile electromagnetice) acționează asupra majorității materialelor, variind continuu în funcție de poziție și timp. Alți agenți (cum ar fi sarcinile externe și [[frecare]]a, presiunea ambiantă și forțele de contact) pot crea tensiuni și forțe care sunt concentrate pe anumite suprafețe, linii sau puncte, posibil pe intervale de timp foarte scurte (ca în [[impuls]]urile datorită coliziunilor). În general, distribuția tensiunilor într-un corp este o [[funcție continuă]] pe porțiuni ale spațiului și timpului.

Invers, tensiunea este de obicei corelată cu diferite efecte asupra materialului, care este posibil să producă modificări ale proprietăților fizice cum ar fi [[refracție dublă |birefringența]], [[polarizabilitate |polarizarea]] și {{ill-wd| Q256699||permeabilitatea}}. Crearea unei tensiuni de către un agent extern de obicei deformează materialul, chiar dacă deformația este prea mică pentru a fi observată. Într-un material solid, o astfel de deformare va genera, la rândul său, o tensiune elastică internă, analogă cu forța de reacție a unui arc întins, având tendința de a restabili materialul la starea sa inițială, nedeformată. Aceste tensiuni pot fi fie normale, fie tangențiale.

Relația dintre tensiuni și efectele lor poate fi destul de complicată. dacă tensiunea depășește anumite limite de rezistență ale materialului va duce la deformarea sa permanentă (cum ar fi deformările plastice, ruperi) sau chiar la schimbarea structurii cristaline și a compoziției chimice.

== Tipuri simple ==
[[Fișier:Different-types-of-mechanical-stress_EN.svg#%7B%7Bint%3Afiledesc%7D%7D|thumb|upright=1.5|Tensiuni mecanice: [[forță de întindere |întindere]], [[forță de compresiune |compresiune]], [[forță tăietoare |forfecare]], [[încovoiere]], [[torsiune (mecanică) |torsiune]] ]]
În unele situații tensiunea dintr-un corp poate fi descrisă printr-un singur număr sau printr-un singur vector (un număr și o direcție). Trei astfel de situații de ''tensiuni simple'', care adesea sunt întâlnite în proiectarea inginerească, sunt ''tensiunea normală uniaxială'' (de întindere sau compresiune), ''tensiunea tangențială simplă'' (dată de forțele tăietoare) și ''tensiunea normală izotropă''.<ref name=Huston>{{en icon}} Ronald L. Huston, Harold Josephs (2009), "Practical Stress Analysis in Engineering Design". 3rd edition, CRC Press, 634 pages. {{ISBN|9781574447132}}</ref>
{{-}}
== Note ==
<references />

== Bibliografie ==
* <!-- Acad. -->[[Gheorghe Buzdugan (inginer) |Gheorghe Buzdugan]], ''Rezistența materialelor'', Ed. a IX-a revizuită, București: [[Editura Tehnică]], 1970
* <!-- Prof.dr.ing. -->Indira Andreescu, <!-- S.l.dr.ing. -->Ștefan Mocanu, ''Compendiu de Rezistența Materialelor'', ([[Universitatea Tehnică de Construcții din București]]), Editura Matrixrom, 2005, {{ISBN|973-685-869-3}}
* <!-- Conf.dr.ing. --> Mihai Hlușcu, <!-- Prof.dr.ing. -->Pavel Tripa, ''Rezistența materialelor'', [http://www.mec.upt.ro/rezi/RM_I_Curs_Hluscu_Tripa.pdf Vol. I] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20240203152634/http://www.mec.upt.ro/rezi/RM_I_Curs_Hluscu_Tripa.pdf |date=2024-02-03 }} (curs [[Universitatea Politehnica Timișoara]]), Editura Mirton, 2014, {{ISBN|978-973-521475-3}}

== Vezi și ==
* [[Forță de întindere]]
* [[Forță de compresiune]]
* [[Forță tăietoare]]
* [[Momentul forței]]
* [[Mecanica structurilor]]
* [[Biomecanică]]
* [[Tonus muscular]]
{{Portal|Fizică|Inginerie mecanică}}
{{Control de autoritate }}

[[Categorie:Mecanica solidului]]
[[Categorie:Rezistența materialelor]]
[[Categorie:Mărimi fizice]]
[[Categorie:Tensori]]
[[Categorie:Terminologie tehnică]]