Ελαστικότητα υλικού

Τα στερεά έχουν καθορισμένο σχήμα και μέγεθος σημαίνει ότι είναι άκαμπτα σώματα, αλλά στην πραγματικότητα αυτά τα σώματα μπορούν να τεντωθούν, να συμπιεστούν, να λυγίσουν και να παραμορφωθούν. Ακόμη και το σκληρό υλικό μπορεί να παραμορφωθεί εφαρμόζοντας αρκετή εξωτερική δύναμη πάνω του. Η ιδιότητα ενός σώματος λόγω της οποίας η τάση του να ανακτά το αρχικό του μέγεθος και σχήμα όταν αφαιρείται η ασκούμενη δύναμη από το σώμα είναι γνωστή ως ελαστικότητα του σώματος και ότι ο σχηματισμός είναι γνωστός ως ελαστική παραμόρφωση. Αλλά υπάρχουν μερικές εξαιρετικές περιπτώσεις, εάν ασκήσετε δύναμη σε ένα κομμάτι λάσπης, δεν θα διατηρήσουν το προηγούμενο σχήμα τους και θα παραμορφωθούν μόνιμα. Τέτοια είδη ουσιών ονομάζονται πλαστικό και αυτή η ιδιότητα είναι γνωστή ως πλαστικότητα.

Ελαστική συμπεριφορά στερεών

Στα στερεά κάθε άτομο και μόριο συνδέονται μεταξύ τους με μια διαμοριακή δύναμη έλξης που τα κάνει να παραμένουν σε μια σταθερή θέση ισορροπίας. Όταν ασκούμε δύναμη σε ένα στερεό υλικό που τείνει να παραμορφωθεί, τα άτομα των μορίων μετατοπίζονται από τη θέση ισορροπίας τους προκαλώντας αλλαγή στη διαμοριακή απόσταση. Όταν σταματήσουμε να εφαρμόζουμε τη δύναμη, ανακτούν το αρχικό τους μέγεθος και τη θέση τους. Αυτός ο μηχανισμός επαναφοράς στερεών είναι γνωστός ως ελαστική συμπεριφορά του στερεού. Για παράδειγμα, αν προσπαθήσετε να τραβήξετε ένα ελατήριο, το σχήμα του αυξάνεται λόγω της δύναμης που ασκείτε σε αυτό, αλλά όταν αφαιρεθεί η δύναμη θα επιστρέψει στην αρχική του θέση.

Άγχος και καταπόνηση

Όταν ασκούμε μια δύναμη σε ένα σώμα, αυτή παραμορφώνεται σε μικρή ή μεγάλη έκταση ανάλογα με τη φύση του υλικού και τη δύναμη που ασκείται. Σε ορισμένες περιπτώσεις η δυσφήμιση μπορεί να μην είναι αισθητή, αλλά υπάρχει. Όταν ένα σώμα υποβάλλεται σε δύναμη παραμόρφωσης, αναπτύσσεται στο σώμα μια δύναμη ίση σε μέγεθος αλλά αντίθετη ως προς την κατεύθυνση της ασκούμενης δύναμης. Αυτή η δύναμη αποκατάστασης είναι γνωστή ως στρες. Αν ασκηθεί δύναμη στο σώμα και το a είναι το εμβαδόν της διατομής τότε,

stress=δύναμη/ περιοχή.

Η μονάδα τάσης SI είναι Nm-2 ή Pascal(P). Ο τύπος διαστάσεων του είναι [ML-1T-2].

Τύποι άγχους

1. Τάσεις εφελκυσμού και θλίψης- Αν τεντώσουμε ένα κυλινδρικό αντικείμενο ασκώντας δύναμη κάθετη στο εμβαδόν της διατομής του. Η δύναμη επαναφοράς ανά μονάδα επιφάνειας σε αυτή την περίπτωση ονομάζεται τάση εφελκυσμού. Ενώ εάν ένα κυλινδρικό αντικείμενο συμπιέζεται ασκώντας δύναμη, τότε η δύναμη επαναφοράς είναι γνωστή ως θλιπτική τάση.

2. Εφαπτομενική τάση ή διατμητική τάση- Εάν ασκηθούν δύο ίσες και αντίθετες δυνάμεις παράλληλα στην περιοχή διατομής του κυλίνδρου, υπάρχει μετατόπιση μεταξύ των απέναντι όψεων του κυλίνδρου. Αυτή η δύναμη επαναφοράς αναπτύχθηκε λόγω της εφαρμοζόμενης εφαπτομενικής δύναμης και είναι γνωστή ως εφαπτομενική τάση.

3. Υδραυλική καταπόνηση- Όταν μια στερεή σφαίρα τοποθετείται σε ένα ρευστό λόγω υψηλής πίεσης, συμπιέζεται ομοιόμορφα από όλες τις πλευρές. Η δύναμη που ασκείται από το ρευστό είναι σε κάθετη διεύθυνση σε κάθε σημείο της επιφάνειας όπου ο όγκος του μειώνεται χωρίς καμία αλλαγή στο πραγματικό του μετρικό σχήμα. Αυτό το σώμα αναπτύσσει εσωτερική δύναμη επαναφοράς που είναι ίση και αντίθετη με τη δύναμη που ασκεί το υγρό και αυτό είναι γνωστό ως υδραυλική καταπόνηση.

Στρέλεχος: Το μέγεθος της παραμόρφωσης και του αντικειμένου υφίσταται όταν ασκείται πίεση σε αυτό. Αναφέρεται στη φυσική επίδραση στο αντικείμενο λόγω της ασκούμενης δύναμης.

1. Όταν μια τάση εφελκυσμού εφαρμόζεται μια θλιπτική τάση σε ένα αντικείμενο, υπάρχει μια αλλαγή στο μήκος του αντικειμένου. Αυτή η αλλαγή στο μήκος ενός αντικειμένου είναι γνωστή ως διαμήκης καταπόνηση.

Διαμήκης καταπόνηση = ∆L/L, Όπου ∆L- αλλαγή μήκους , L- αρχικό μήκος.

2. Εφαπτομενική παραμόρφωση- Όταν εφαρμόζουμε μια δύναμη εφαπτομενικά σε ένα σώμα, εμφανίζεται μια τάση γνωστή ως εφαπτομενική τάση που προκαλεί μια σχετική μετατόπιση μεταξύ δύο απέναντι όψεων του κυλίνδρου αυτή η τάση είναι γνωστή ως διατμητική τάση. Είναι ο λόγος μετατόπισης των όψεωνΔx προς το μήκος του κυλίνδρουL. Διατμητική παραμόρφωση=∆x/L =tanθ . (Όπου θ είναι η γωνιακή μετατόπιση)

3. Παραμόρφωση όγκου:Η καταπόνηση που παράγεται από μια υδραυλική πίεση ονομάζεται καταπόνηση όγκου. Είναι ο λόγος της μεταβολής του όγκου ΔV προς τον αρχικό όγκο V. Καταπόνηση όγκου =∆VV.

Ελαστομερή:Οι ουσίες που έχουν υψηλή ελαστικότητα και προκαλούν μεγάλες καταπονήσεις είναι γνωστές ως ελαστομερή όπως ο ελαστικός ιστός της αορτής.

Ταξινόμηση ελαστικών μονάδων:

1. Μέτρο ελαστικότητας (Y) του Young

2. Μεγάλος συντελεστής ελαστικότητας

3. Μέτρο διάτμησης ελαστικότητας

Νόμος του Χουκ

Το άγχος και η καταπόνηση παίρνουν διαφορετικές μορφές σε διαφορετικές καταστάσεις. Το στρες και η καταπόνηση είναι ανάλογες μεταξύ τους σε περίπτωση μικρής δυσφήμισης. Αυτό είναι γνωστό ως νόμος του Χουκ.

Καταπόνηση∝  στρες

stress=k* στέλεχος

όπου K είναι η σταθερά αναλογικότητας και είναι γνωστό ως μέτρο ελαστικότητας.

Ο νόμος του Hooke θεωρείται έγκυρος για το μεγαλύτερο μέρος του υλικού, ωστόσο υπάρχουν ορισμένες εξαιρετικές περιπτώσεις όπου αυτή η γραμμική σχέση δεν εμφανίζεται.

Συμπέρασμα

Το στρες είναι η δύναμη επαναφοράς ανά μονάδα επιφάνειας και η καταπόνηση είναι η αναλογία της αρχικής προς την αλλαγή της διάστασης. Υπάρχουν τρεις τύποι στρες

1. Εφελκυστική τάση-(διαμήκης ή συμπιεστική)

2. Διατμητική καταπόνηση

3. Υδραυλική καταπόνηση. Η καταπόνηση που παράγεται από την υδραυλική τάση είναι γνωστή ως καταπόνηση όγκου. Όταν ένα αντικείμενο είναι υπό τάση ή συμπίεση, ο νόμος του Hooke λαμβάνει χώρα τάση=k* παραμόρφωση. Τα υλικά που δεν δίνουν το αρχικό τους σχήμα μετά την αφαίρεση της εξωτερικής δύναμης είναι γνωστά ως πλαστικό υλικό.

Διαμήκης καταπόνηση = ∆L/L, Όπου ∆L- αλλαγή μήκους , L- αρχικό μήκος.

Διατμητική καταπόνηση=∆x/L =tanθ . (Όπου θ είναι η γωνιακή μετατόπιση)

Τάση όγκου =∆V/V.