Force と Stress の違いについて

質問

ロボット技術関連の会社の就職の面接で、外人の技術部門の取締役にForceとStressの違いについて尋ねられました。私は事務系の為正確に答えられなかったのですが、正しく簡潔に答えるとしたらどうなるのでしょうか。
技術辞書やウエブサイトで正しい答えを探したのですが、事務系の私には良くわからなくて困っています。
その取締役とはもう一度面接の機会があるので、その時に正しい解答をしたいのですが、誰か解る方がいらっしゃいましたら宜しくお願いします。

回答No.5

noocyte

#3 です．色々書きましたが，

> 正しく簡潔に答えるとしたら

「力はベクトル量で，応力はテンソル量である．」

でどうでしょうか？

もっとも相手は次に，「じゃテンソルとは何か？」と
聞いてくるかもしれませんが．(笑)

回答No.4

noocyte

#3 です．私も再度，力と応力の違いについて考え直してみました．

今までの説明だと，「なんだ，応力は力を面積で割っただけのものか」と
思われたかもしれませんが，もっと本質的な違いがあります．
この違いは１次元で考えていては見えてきませんが，
２次元や３次元の場合に複数の異なる断面を考えてみると違いが見えてきます．

これを数式抜きで説明するのは難しいのですが，大雑把に言ってしまえば
「力は１本の矢印 (つまりベクトル vector) で表現できるのに対し，
応力はそうではない」ということになると思います．

まず，力の例として重力について考えてみます．
下の図のように，物体 (□) に働く重力は１本の下向きのベクトルで表現できます．

□
↓

次に２次元の応力の例として，四方から力を受ける正方形の板 (□) を考えます．

　 ↓
←□→
　 ↑

この板には，左右から引張り応力が，上下から圧縮応力がかかっています．
この板の１つの断面を考え，それにかかる力の方向を調べてみます．

まず，次の図のように上向き方向の断面を考えた場合，
その面に作用する力は圧縮応力なので下向きになります．

　　　上向きの面に作用する力の方向 (下向き)
　　　│
　　　│　 ┌─ こちら側 (上向き) の面に注目
　　　↓　↓
━━□━━ 断面

逆に下向きの面に注目した場合は，それにかかる力の方向は上向きです．

次に，右向き方向の断面を考えた場合，
その面にかかる力は引張り応力なので右向きになります．

断面
　┃
　┃
　□──→ 右向きの面に作用する力の方向 (右向き)
　┃
　┃←┐
　　　　│
　　　こちら側 (右向き) の面に注目

逆に左向きの面に注目した場合は，それにかかる力の方向は左向きです．

このように断面にかかる力の方向は，断面の方向によって変わります．
したがって応力は１本のベクトルで表すことはできません．

逆に，断面の方向が決まれば，その断面にかかる力のベクトルが決まります．
断面の方向は，それに垂直なベクトルで指定することができるので，
「応力とは断面の方向を指定するベクトルを，その断面にかかる力の
ベクトルに対応させる関数である」と考えることができます．
このような量をテンソル (tensor) といい，
応力を表すテンソルを応力テンソル (stress tensor) といいます．

つまり，力はベクトル量で，応力はテンソル量です．

テンソルを一般的に説明するのは難しいのですが，応力テンソルの
場合は行列 (２次元の場合は２×２行列，３次元の場合は３×３行列)
とほぼ同じと考えてください．

最後に，#3 の訂正です．
剪断は sheer ではなく shear ですね．(^^;

回答No.3

noocyte

固体，液体，気体の中のある断面を考えた場合，その面に加わる
単位面積当たりの力 (force) を応力 (おうりょく，stress) といいます．
応力は，断面に対する方向によって次のように分けられます．

・圧縮応力 (compressive stress)
　断面に垂直に，面を押す方向の応力．

　　→┃←
　　→┃←
　　→┃←
　　 断面

・引張り応力 (tensile stress)
　断面に垂直に，面を引張る方向の応力．

　　←┃→
　　←┃→
　　←┃→
　　 断面

・剪断 (せんだん) 応力 (sheer stress)
　断面に平行な，横にずらす方向の応力．
　(紙や薄板を，ハサミや裁断機で切る時などに断面に働く応力．)

　　↓┃↑
　　↓┃↑
　　↓┃↑
　　 断面

ちなみに「精神的ストレス」などというときの「ストレス」は，
この物理用語の stress に由来するそうです．
心の内部を圧迫する(応)力というような意味でつけたんでしょうね．

応力について
http://www.fml.t.u-tokyo.ac.jp/~izumi/easy/Whastisstress.htm

応力 (Wikipedia)
日本語：http://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%BF%9C%E5%8A%9B
英語　：http://en.wikipedia.org/wiki/Stress_%28physics%29

お礼

とても参考になりました。
どうもありがとうございます。
私は事務系大学卒なので、非常に難しい内容だと感じました。

回答No.2

warren

Forceは、力。単位はN（ニュートン）などです。Stressは圧力、張力で、単位面積あたりの力です（N/m^2)。Stressは、Forceを面積(Area)で割ったものです。

お礼

回答ありがとうございました。
事務系大学卒の私には非常に難しい質問でしたが、何となく分かりました。

回答No.1

himara-hus

回答がないようなので、イメージですが参考まで。
Forceは、力で、短時間（瞬間）の力を意味すると思います。継続してもいいのですが、継続することに意味は有りません。
Stressは、継続する（ダメージを与える方向の）力を意味するように思います。継続することに意味が有ります。