दबाएँ या खींचें?

संरचना का हर हिस्सा अपने पड़ोसी हिस्सों द्वारा धकेला या खींचा जा रहा होता है। इंजीनियर इन आंतरिक बलों को कुछ प्रकारों में बाँटते हैं:

• संपीड़न: पदार्थ को दबाया जाता है। छत के नीचे का एक स्तंभ, हाथ के नीचे रखी किताबों का ढेर।
• तनाव: पदार्थ को खींचा जाता है। दीपक को थामे हुई रस्सी, पुल की केबल, खिंचा हुआ रबर बैंड।
• कतरन: पदार्थ की परतें एक-दूसरे के पास से सरकने की कोशिश करती हैं, जैसे कैंची से कागज़ काटते समय।
• मोड़: एक धरन झुकती है, इसलिए उसका ऊपरी किनारा दबता है और निचला किनारा खिंचता है।

केवल बल से यह पता नहीं चलता कि कोई हिस्सा टिकेगा या नहीं। महत्वपूर्ण यह है कि उसे सँभालने वाले क्षेत्रफल पर बल कितना फैला हुआ है। इसे तनाव कहते हैं: stress = force ÷ area, और इसे पास्कल (Pa) या मेगापास्कल (MPa, लाखों पास्कल) में मापा जाता है। 100 mm² के अनुप्रस्थ काट वाली छड़ से लटका 1 kN भार (लगभग 100 kg द्रव्यमान के वज़न के बराबर) 1 000 N ÷ 0.0001 m² = 10 MPa देता है।

सामग्रियाँ दोनों कामों के लिए समान रूप से अच्छी नहीं होतीं। पत्थर, ईंट और कंक्रीट संपीड़न में मज़बूत और तनन में कमज़ोर होते हैं। मोटे तौर पर, उनकी तन्य सामर्थ्य उनकी संपीड़न सामर्थ्य की लगभग एक-दसवाँ हिस्सा, और अक्सर उससे भी कम होती है। पत्थर की धरन को खींचने पर उसमें दरार उसी आकार के दबाए गए पत्थर के ब्लॉक से बहुत पहले पड़ जाती है। इस्पात और रस्सी इसके बिल्कुल उलट होते हैं: इस्पात दोनों तरह के बल में मज़बूत होता है, जबकि रस्सी या केबल तनन में बहुत अच्छी होती है, लेकिन संपीड़न में बेकार, क्योंकि धक्का देने पर रस्सी बस ढीली पड़ जाती है।

एक और बात ध्यान देने लायक है। दबाया जा रहा कोई पतला और लंबा भाग पहले कुचलता नहीं; वह मुड़कर अस्थिर हो जाता है, यानी दोनों सिरों से दबाई गई स्केल की तरह बगल की ओर झुक जाता है। इसी कारण पत्थर के स्तंभ मोटे होते हैं और इस्पात के संपीड़न वाले सदस्य पतली छड़ों के बजाय नलियों या गहरे खंडों के रूप में बनाए जाते हैं।

डिज़ाइनरों के लिए सीख यह है कि किसी संरचना का आकार तय करता है कि वह किस आंतरिक बल का उपयोग करेगी। अक्सर आप आकार ऐसा चुन सकते हैं कि तनन में कमज़ोर सामग्री पर केवल संपीड़न ही लगे। यही काम एक मेहराब करता है। और जब आपके पास तनन में मज़बूत सामग्री हो, तो किसी खाली जगह के आर-पार भार पहुँचाने के लिए केबल सबसे हल्का संभव तरीका होता है।