정수압 (hydrostatic pressure)

[yita]

정수압 (hydrostatic pressure)

바닷물 속에 잠겨 있는 물체는 물의 수압에 해당하는 압력을 물체 전 표면을 통해 균등하게 받게 된다.  그리고 압력은 물체의 표면에 수직하게 작용하기 때문에 물체 내부에는 수직응력(normal stress)만 발생하고 전단응력(shear stress)은 전혀 발생하지 않는다. 그 결과 찌그러짐과 같은 물체의 형상 변화는 전혀 발생하지 않고 물체 전체의 부피(체적)만 감소한다.

이와 같은 물리적 특성은 외부 하중에 의해 물체 내부에 발생하는 응력(stress)에도 적용할 수 있다. 즉, 물체 내부의 응력은 물체의 체적만을 변화시키는 성분과 형상만을 변화시키는 성분으로 나눌 수 있다. 전자를 정수압에 해당하는 성분이라고 한다.

3차원적인 응력 상태를 나타내는 경우, 3개의 직교하는 축 방향으로의 수직응력들의 총 합을 3으로 나눈 평균값을 정수압으로 정의하고 있다. 그리고 이 정수압을 뺀 나머지 응력 성분들(공학적으로 편차응력(deviatoric stress)이라고 부름)은 물체의 찌그러짐과 같은 형상의 변화를 야기한다.

한편, 정수압은 물체의 체적 변화만을 야기시키기 때문에 소성변형(plastic deformation)에는 아무런 영향을 미치지 않는다. 다시 말해, 물체의 영구적인 변형은 물체의 찌그러짐과 같은 물체의 형상 변화 때문에 발생하는 것으로, 정수압 성분을 뺀 나머지 응력 성분에 의하여 발생하는 것이다. 정수압과 물체의 체적 변화는 체적 탄성계수(bulk modulus)를 통해 상관관계를 맺게 되고, 체적 탄성계수가 커질수록 정수압에 대한 물체의 저항력은 커져서 체적 변화는 감소한다.