Tryk eller stræk?

Hver del af en struktur bliver skubbet eller trukket af sine nabodele. Ingeniører opdeler disse indre kræfter i nogle få typer:

• Tryk: Materialet bliver presset sammen. En søjle under et tag, en stak bøger under en hånd.
• Træk: Materialet bliver strakt. Et reb, der holder en lampe, et brokabel, et strakt elastikbånd.
• Forskydning: Lagene i materialet prøver at glide forbi hinanden, som når man klipper papir med en saks.
• Bøjning: En bjælke hænger ned, så dens overkant bliver presset sammen, og dens underkant bliver strakt.

En kraft alene fortæller ikke, om en del vil holde. Det afgørende er, hvor stor en kraft der er fordelt over det areal, som bærer den. Det kaldes spænding: stress = force ÷ area, målt i pascal (Pa) eller megapascal (MPa, millioner pascal). En belastning på 1 kN (omtrent vægten af en masse på 100 kg), der hænger fra en stang med et tværsnit på 100 mm², giver 1 000 N ÷ 0.0001 m² = 10 MPa.

Materialer er ikke lige gode til begge dele. Sten, mursten og beton er stærke i tryk og svage i træk. Som en tommelfingerregel er deres trækstyrke omkring en tiendedel af deres trykstyrke eller ofte mindre. Træk i en stenbjælke, så revner den længe før en sammenpresset stenblok af samme størrelse ville gøre det. Stål og reb er den modsatte slags ven: stål er stærkt i begge retninger, og et reb eller kabel er fremragende i træk, men ubrugeligt i tryk, fordi et reb simpelthen bliver slapt, når du skubber til det.

Der er én ting mere, man skal være opmærksom på. En slank del, der bliver klemt, knuses ikke først; den bukler og bøjer til siden ligesom en lineal, der bliver presset fra begge ender. Derfor er stensøjler tykke, og derfor fremstilles stålstænger, der er belastet i tryk, som rør eller dybe profiler i stedet for tynde stænger.

Læren for designere er, at formen på en struktur bestemmer, hvilken indre kraft den bruger. Man kan ofte vælge formen, så et materiale, der er svagt i træk, kun udsættes for tryk. Det er præcis det, en bue gør. Og når man har et stærkt træk-materiale, er et kabel den letteste måde at bære belastning over et gab på.