为什么工程师的眼睛能“看见”材料内部的应力

眼睛，诗人称它是心灵之窗，而在科学工作者看来，它是窥探自然秘密的利器。

可不是吗？中流砥柱的拦河坝，能截断呼啸而下的洪峰；巍然屹立的火箭发射塔，能抗衡雷霆万钧的发射振动力……这些，无不是工程师用自己独特的职业眼睛，窥见了工程物内部的应力，而配给适量材料的结果。

那么，什么是物体内部的应力呢？根据牛顿第三定律和力的平衡原理，结构物内力的数值必然等于所受外力。在同一构件上，如果把内力的总和除以构件的截面积，得到单位面积上的内力，就是材料内部的应力。

应力，这是看不见、摸不着的东西。为什么工程师的眼睛能“看见”材料内部的应力，而恰如其分地设计工程构件的截面尺寸呢？

原来，变形是力的影子。例如，你用双手拉橡皮筋，橡皮筋被拉长了，说明你用了力。橡皮筋被拉得越长，说明你用的力就越大。应力也有自己的影子——应变，应变就是物体由于受到拉伸（或压缩）应力或剪切应力而产生的形变，应变的大小就是形变量除以构件原来的尺度。工程师正是通过可见的应变，捕获了不可见的应力。

应力与应变的比例关系，是17世纪英国物理学家胡克发现的，并提出了著名的胡克定律：在物体的弹性限度内，物体变形的大小与外力成正比例关系。比如，一根30厘米长、钢笔粗细的橡皮杆，下端悬挂10千克的物体，橡皮杆伸长约5厘米；如果悬挂20千克的物体，则伸长10厘米。

知道了应力与应变的微妙关系，藏在物体内部的应力，尽管“神出鬼没”，也逃不过工程师的“火眼金睛”。

关键词：应力 应变 胡克定律