Oberflächenkraft

Ein System kann auf drei Arten Impuls mit der Umgebung austauschen

• leitungsartig über die Oberfläche
• quellenartig mit dem Gravitationsfeld
• konvektiv, d.h. zusammen mit der Stoffmenge

Handelt es sich beim System um einen festen Körper, nennt man die ersten beiden Impulsaustauschraten Kräfte. Eine Oberflächenkraft ist demnach eine Impulsstromstärke bezüglich eines bestimmten Systems. Ausgehend vom Impuls kann heute eine Kraft im Sinne der klassischen Mechanik sauber definiert werden. Eine Oberflächenkraft ist gleich dem Flächenintergral über der Impulsstromdichte (negativer und transponierter Spannungstensor)

[math]F_i=-\int j_{p_{ij}}dA_j=\int \sigma_{ji}dA_j[/math]

Oberflächenkräfte werden aufgrund der lokalen Deformation identifiziert. Fliesst Impuls über die Oberfläche eines Körpers, wird das Material lokal deformiert. Ein bezüglich des gewählten Koordinatensystems vorwärts (rückwärts) fliessender Impulsstrom erzeugt Druck (Zug). Fliesst der Impuls seitwärts zu seiner Bezugsrichtung, wird das Material auf Scherung beansprucht. Der Zusammenhang zwischen Impulsstromdichte und Materialreaktion hängt von den Eigenschaften des durchflossenen Materials ab. Beim Freischneiden identifiziert man Kräfte anhand der möglichen Kontaktstellen.