إذا دفعت طرفي قضيب مطاطي تجاه بعضهما البعض ، فأنت تقوم بتطبيق ملفضغطالقوة ويمكن تقصير القضيب بمقدار ما. إذا قمت بسحب الأطراف بعيدًا عن بعضها البعض ، يتم استدعاء القوةتوتر،ويمكنك مد القضيب بالطول. إذا قمت بسحب أحد الطرفين نحوك والطرف الآخر بعيدًا عنك ، باستخدام ما يسمى بـقصالقوة ، القضيب يمتد قطريا.
معامل المرونة (ه) مقياس صلابة مادة تحت ضغط أو شد ، على الرغم من وجود معامل قص مكافئ. إنها خاصية للمادة ولا تعتمد على شكل أو حجم الكائن.
قطعة صغيرة من المطاط لها نفس معامل المرونة مثل قطعة كبيرة من المطاط.معامل المرونة، المعروف أيضًا بمعامل يونغ ، الذي سمي على اسم العالم البريطاني توماس يونغ ، يربط بين قوة ضغط أو شد جسم ما بالتغير الناتج في الطول.
ما المقصود بالتوتر والانفعال؟
إجهاد (σ) هو الضغط أو الشد لكل وحدة مساحة ويتم تعريفه على النحو التالي:
\ sigma = \ frac {F} {A}
هنا F هي القوة ، و A هي منطقة المقطع العرضي حيث يتم تطبيق القوة. في النظام المتري ، يتم التعبير عن الإجهاد بشكل شائع بوحدات باسكال (Pa) ، نيوتن لكل متر مربع (N / m2) أو نيوتن لكل مليمتر مربع (N / mm2).
عندما يتم تطبيق الضغط على كائن ، يسمى التغيير في الشكلأضنى.استجابة للضغط أو التوتر ،سلالة طبيعية (ε) من خلال النسبة:
\ epsilon = \ frac {\ Delta L} {L}
في هذه الحالة Δإلهو التغيير في الطول وإلهو الطول الأصلي. سلالة طبيعية ، أو ببساطةأضنى، بلا أبعاد.
الفرق بين التشوه المرن والبلاستيك
طالما أن التشوه ليس كبيرًا جدًا ، يمكن أن تتمدد مادة مثل المطاط ، ثم تعود إلى شكلها وحجمها الأصليين عند إزالة القوة ؛ شهد المطاطالمرنالتشوه ، وهو تغيير قابل للانعكاس في الشكل. يمكن أن تتحمل معظم المواد قدرًا من التشوه المرن ، على الرغم من أنها قد تكون صغيرة في معدن صلب مثل الفولاذ.
إذا كان الضغط كبيرًا جدًا ، فستخضع المادةبلاستيكتشوه وتغيير الشكل بشكل دائم. يمكن أن يزداد الإجهاد إلى النقطة التي تنكسر فيها المادة ، كما هو الحال عندما تسحب رباطًا مطاطيًا حتى ينفجر إلى قسمين.
استخدام صيغة معامل المرونة
يتم استخدام معادلة معامل المرونة فقط في ظل ظروف التشوه المرن من الانضغاط أو التوتر. معامل المرونة هو ببساطة الضغط مقسومًا على الانفعال:
E = \ frac {\ sigma} {\ epsilon}
بوحدات باسكال (Pa) ، نيوتن لكل متر مربع (N / m2) أو نيوتن لكل مليمتر مربع (N / mm2). بالنسبة لمعظم المواد ، يكون معامل المرونة كبيرًا جدًا بحيث يتم التعبير عنه عادةً كميغاباسكالس (MPa) أو جيجا باسكال (GPa).
لاختبار قوة المواد ، يسحب الجهاز أطراف العينة بقوة أكبر وأكبر ويقيس التغير الناتج في الطول ، أحيانًا حتى تنكسر العينة. يجب تحديد منطقة المقطع العرضي للعينة ومعروفة ، مما يسمح بحساب الإجهاد من القوة المطبقة. يمكن رسم البيانات المأخوذة من اختبار على الفولاذ الطري ، على سبيل المثال ، كمنحنى إجهاد - إجهاد ، والذي يمكن استخدامه بعد ذلك لتحديد معامل مرونة الفولاذ.
معامل المرونة من منحنى الإجهاد والانفعال
يحدث التشوه المرن عند السلالات المنخفضة ويتناسب مع الإجهاد. على منحنى الإجهاد والانفعال ، يكون هذا السلوك مرئيًا كمنطقة خط مستقيم للسلالات الأقل من حوالي 1 بالمائة. لذا فإن 1 بالمائة هو الحد المرن أو حد التشوه العكسي.
لتحديد معامل مرونة الفولاذ ، على سبيل المثال ، حدد أولاً منطقة المرونة التشوه في منحنى الإجهاد والانفعال ، والذي تراه الآن ينطبق على سلالات أقل من حوالي 1 في المائة ، أوε= 0.01. الضغط المقابل في تلك النقطة هوσ= 250 نيوتن / مم2. لذلك ، باستخدام صيغة معامل المرونة ، يكون معامل مرونة الفولاذ هو
E = \ frac {\ sigma} {\ epsilon} = \ frac {250} {0.01} = 25000 \ text {N / mm} ^ 2