પ્રતિબળ (stress) : પદાર્થ ઉપર બાહ્ય બળ લગાડતાં, તેની અંદર પેદા થતું અવરોધક બળ. પદાર્થ ઉપર બાહ્ય બળ લગાડવામાં આવે ત્યારે તેમાં વિકૃતિ પેદા થાય છે, આથી તેને વિકૃતિબળ તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે. પદાર્થ ઉપર વિકૃતિબળ લગાડતાં તેની અંદર પ્રતિક્રિયા બળ પેદા થાય છે. પદાર્થના અણુઓના સાપેક્ષ સ્થાનાંતરને  કારણે બાહ્ય બળને સમતોલવા આવું બળ પેદા થતું હોય છે. આવા પુન:સ્થાપક બળ વડે પદાર્થ પોતાની મૂળ સ્થિતિ પ્રાપ્ત કરવા પ્રયત્ન કરે છે. એકમ ક્ષેત્રફળને લંબ રૂપે પેદા થતા આવા પુન:સ્થાપક બળને પ્રતિબળ કહે છે.

પ્રતિબળ પદાર્થમાં વિતરિત થયેલું હોય છે. આથી તેને તરલના દબાણની જેમ માપવામાં આવે છે. બળ સપાટી સાથે θ કોણે લાગતું હોય તો, એકમ ક્ષેત્રફળ ધરાવતી સપાટીને લંબ રૂપે લીધેલા તેના ઘટકને પ્રતિબળ કહે છે. સપાટીને સમાન્તર લાગુ પડતા બળના ઘટકને સ્પર્શીય (tangential or shearing) પ્રતિબળ કહે છે. લંબ પ્રતિબળ સંકોચનશીલ (compressive) અથવા વિસ્તરણશીલ  (extensive) હોય છે. પદાર્થના કદમાં ઘટાડો અથવા વધારો થતો હોય તો તે અનુક્રમે સંકોચનશીલ અથવા વિસ્તરણશીલ હોય છે;  છે, જેનો એકમ ન્યૂટન/મીટર2 અને પારિમાણિક સૂત્ર  છે. પદાર્થ ઉપર પ્રતિબળ લગાડતાં તેમાં વિકૃતિ પેદા થાય છે. અમુક મર્યાદા જેને સ્થિતિસ્થાપકતાની મર્યાદા (elastic limit) કહે છે તેમાં વિકૃતિ અને પ્રતિબળ એકબીજાને પ્રમાણસર હોય છે. આને હુકનો નિયમ (Hooke’s law) કહે છે. પ્રતિબળ અને વિકૃતિના ગુણોત્તરને સ્થિતિસ્થાપકતાનો આંક (modulus of elasticity) કહે છે. વિકૃતિને એકમ નથી હોતો અને પ્રતિબળ એ દબાણ હોઈ સ્થિતિસ્થાપકતાના આંકનો એકમ પણ ન્યૂટન/મીટર2 થાય છે.

જ્યાં પ્રતિબળ અને વિકૃતિ વચ્ચેનો રેખીય સંબંધ પૂરો થાય છે તેને દ્રવ્યની સ્થિતિસ્થાપકતાની મર્યાદા કહે છે.

પદાર્થ ઉપર લગાડેલું પ્રતિબળ સ્થિતિસ્થાપકતાની મર્યાદામાં હોય તો પ્રતિબળ દૂર કરતાં તે પોતાની મૂળ સ્થિતિ તેમજ આકાર પ્રાપ્ત કરે છે. આ મર્યાદાથી પ્રતિબળ વધી જાય તો પદાર્થ મૂળ સ્થિતિ પ્રાપ્ત કરવામાં નિષ્ફળ જાય છે અને આ સ્થિતિને કાયમી સેટ (permanent set) કહે છે.

આકૃતિ

પ્રતિબળ અને વિકૃતિનો સંબંધ ઉપરની આકૃતિ1માં દર્શાવ્યો છે. સ્થિતિસ્થાપકતાની મર્યાદાથી આગળ જતાં વિકૃતિ ઝડપથી વધે છે. OA સુરેખ આલેખ AB ભાગમાં વક્ર બને છે. અહીં તારને પદાર્થ તરીકે લઈએ તો તેનું વિસ્તરણ અંશત: સ્થિતિસ્થાપક અને અંશત: સુઘટ્ય (plastic) હોય છે. બિંદુ B આગળથી પ્રતિબળ ક્રમશ: દૂર કરતાં તાર AO માર્ગે પોતાની મૂળ સ્થિતિ પ્રાપ્ત કરતો નથી. પણ તે BC માર્ગ અનુસરે છે. પરિણામે OC જેટલી શેષ (residual) વિકૃતિ બાકી રહે છે. આ શેષ વિકૃતિને તારે મેળવેલ કાયમી સેટ (set) કહે છે. આલેખના BO ભાગ ઉપર વિકૃતિનો ફેરફાર ઝાઝો થતો નથી, પણ ત્યાં વિકૃતિનો ફેરફાર તરંગ જેવો થાય છે. બિંદુ B કરતાં બિંદુ D આગળ પ્રતિબળનું મૂલ્ય ઓછું હોય છે. બિંદુ B જ્યાંથી વિકૃતિનો વધારો શરૂ થાય છે તેને પરાભવ-બિંદુ (yield point) કહે છે. તેને અનુરૂપ પ્રતિબળને પરાભવબિંદુ-પ્રતિબળ (yielding stress) કહે છે. બિંદુ D આગળ પરાભવ (yield) બંધ થઈ જાય છે અને પછી વિસ્તરણમાં વધારો થાય છે, જે પ્લાસ્ટિક બને છે. આ પરિસ્થિતિ સાદા તાણબળ કરતાં વિરૂપણ(shear)પ્રતિબળને કારણે થાય છે. આલેખના DF વિભાગને સુઘટ્ય અવધિ કહે છે. આ વિભાગમાં બિંદુ F સુધી તારનો આડછેદ વિસ્તરણ સાથે એકધારો ઘટે છે.

તારને લગાડેલા મહત્તમ બળ અને તેના મૂળ આડછેદના ક્ષેત્રફળના ગુણોત્તરને તનન-સામર્થ્ય (tensile strength) કહે છે. આને કેટલીક  વખત વિભાજન-પ્રતિબળ (breaking stress) પણ કહે છે.

આલેખ ઉપર F બિંદુથી આગળ ભાર લગાડ્યા સિવાય તારનું વિસ્તરણ વધતું જાય છે. તેનું કારણ આડછેદના ક્ષેત્રફળમાં થતો ઝડપી ઘટાડો છે અને આવું તારના અમુક છેદ આગળ બને છે. જ્યાં સ્થાનિક રીતે સંકીર્ણન અથવા ખાંચો (constriction) પડે છે ત્યાં પ્રતિબળ વધી જાય છે અને તેના કારણે તારના વિસ્તરણમાં વધારો થાય છે. પરિણામે આ તબક્કે પ્રતિબળ ઘટી જાય છે અને તાર અંતે તૂટી જાય છે. આલેખ ઉપરના E બિંદુને વિભંજન-બિંદુ (breaking point) કહે છે.

દ્રવ્યને લાગુ પડતો હુકનો નિયમ ઓછા વિસ્તાર માટે હોય છે. આથી ઇજનેરી હેતુઓ માટે દ્રવ્યનો ઉપયોગ કરતા પહેલાં તેની ખાતરી કરી લેવી જરૂરી બને છે : યંત્રના જે ભાગ કે સંરચનામાં આવા દ્રવ્યનો ઉપયોગ થતો હોય તેના ઉપર સુઘટ્ય અવધિ કરતાં વધારે પ્રતિબળ લગાડવું જોઈએ નહિ; નહિતર તે પદાર્થમાં વિકૃતિ આવી જાય છે. તેથી દ્રવ્યના આ ભાગ ઉપર વિભંજન-પ્રતિબળ કરતાં ઓછું પ્રતિબળ લગાડવું જરૂરી થાય છે. પદાર્થ ઉપર સ્થિતિસ્થાપકતાની મર્યાદામાં, લાગુ પાડવામાં આવતા મહત્તમ પ્રતિબળને કાર્યકારી પ્રતિબળ (working stress) કહે છે.

વિભંજન-પ્રતિબળ અને કાર્યકારી પ્રતિબળના ગુણોત્તરને સલામતીનો અવયવ (safety factor) કહે છે.

સલામતીનો અવયવ તો વાસ્તવમાં અનુભવ અને સમજ ઉપરથી નક્કી કરાય છે. અંતે તો તે કારીગરની ગુણવત્તા, યંત્ર બનાવવાની હિંમત અને જોખમ સામે કામ કરવાની તૈયારી, વધુ ઉત્પાદનમાં રસ વગેરે પરિબળો ઉપર આધાર રાખે છે.

આનંદ પ્ર. પટેલ