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科学

荷重と応力の違いは?換算(変換)方法は?面積との関係は?【計算問題付】

科学的な解析を行う際に、似たような用語が出てくることが良くあります。

例えば、材料力学関連の似たような用語として荷重や応力というものがありますが、これらの関係や違いについて理解していますか。

ここでは、荷重と応力と面積の関係や換算(変換)方法やその単位について計算問題を交えて解説していきます。

荷重と応力の関係と違い【面積との関連】

まず、材料力学等において良く出てくる荷重とは、いわゆる外力・力・重量と同じような意味を持ちます。単位としてはN(ニュートン)やkgf(キログラム重)で表現されるものです。

一方で応力とは、荷重をその面積で割った単位当たりの面積のことを指します。つまり、力がかかった場合の圧力とも言い換えることができるのです。

以下のようなイメージです。

換算(変換)式として表しますと、応力=荷重÷面積となるのです。

荷重と応力の単位は?計算式から考えてみよう

なお、先にも述べたように荷重を面積で割ると、応力となります。

よって、荷重の単位としてN(ニュートン)を、面積の単位としてm2(平方メートル)を使っているとすると、応力の単位=N/m2=Pa(パスカル)と換算できるのがわかります。

上述の通り、応力が圧力と似た意味からも理解できるでしょう。

荷重と応力の換算(変換)の計算問題を解いてみよう

それでは、荷重と応力の換算に慣れるためにも、実際に計算を行っていきましょう。

例題1

ある面積が2m2の平面に5Nの荷重がかかっているとします。応力に変換するといくらになるでしょうか。

解答1

上の荷重と応力の変換式に基づき計算していきます。

すると、5 ÷ 2=2.5Paという応力がかかっていると求められました。

逆に、応力から荷重への換算も行ってみましょう。

例題2

ある面積が3m2の平面に4Paの応力がかかっているとします。荷重に換算するといくらになるでしょうか。

解答2

こちらも上の荷重と応力の変換式に基づき計算していきます。

すると、4 × 3=12Nという荷重と計算できました。

荷重と応力に違いはややこしいのでしっかりと理解しておくといいです。

まとめ 応力と荷重と面積の関係

ここでは、応力と荷重と面積の関係や違い、変換(換算)方法について確認しました。

荷重とはある面にかかる外力を指し、応力は単位面積あたりの荷重を示しています。

よって、荷重÷面積=応力となります。なお、一般的に荷重の単位はN、面積はm2、応力はPaとなることも同時に覚えておくといいです。

科学的な計算に慣れ、毎日の業務の効率化をはかっていきましょう。

 

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アラサーの男性です。自分が今まで経験・勉強してきた「エクセル」「ビジネス用語」「生き方」などの情報を、なるべくわかりやすく、楽しく、発信していきます。 一緒に人生を楽しんでいきましょう