Ein niedriges Gewicht-zu-Kraft-Verhältnis ist nicht nur im Fitnessstudio wünschenswert. Das Verhältnis von Gewicht zu Festigkeit, wenn es für ein Material beschrieben wird, bezieht sich auf die Dichte des Materials auf seine Fähigkeit, einer dauerhaften Verformung oder einem Bruch unter Druck standzuhalten. Niedrige Verhältniswerte zeigen an, dass das Material leicht ist, aber eine erhebliche Belastung tragen kann. Hohe Werte beschreiben schwere Materialien, die sich leicht verformen oder brechen. Das Verhältnis von Gewicht zu Festigkeit wird typischerweise in umgekehrter Form als Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht verwendet; sie wird dann als spezifische Festigkeit des Materials bezeichnet.
Messen Sie die Masse des Materials mit der Waage. Wenn Sie beispielsweise das Verhältnis von Gewicht zu Festigkeit von Titan bestimmen, wiegen Sie das Titan und geben Sie die Masse in Gramm (g) oder Kilogramm (kg) an. Um die Titanmasse von Gramm in Kilogramm umzurechnen, dividiere die Masse durch 1.000. Zum Beispiel entspricht eine Masse von 9,014 Gramm 0,009014 kg: 9,014/1000 = 0,009014.
Bestimmen Sie das Volumen des Materials. Verwenden Sie bei regelmäßig geformten Proben ein Lineal, um die Abmessungen der Probe zu messen und das Volumen aus den Abmessungen zu berechnen. Liegt das Material beispielsweise in Form eines Würfels mit einer Seitenlänge von 1 cm vor, entspricht das Volumen des Würfels der gewürfelten Seitenlänge: 1 x 1 x 1 = 1 cm^3. Bei unregelmäßig geformten Proben kann das Volumen durch ein Verfahren der Flüssigkeitsverdrängung erhalten werden. Messen Sie den Wasserstand in einem Messzylinder vor und nach dem Eintauchen der Probe in das Wasser. Die Wasserstandsänderung entspricht dem Volumen der Probe in Kubikzentimetern. Wenn beispielsweise der Wasserstand vor der Zugabe der Probe 10 cm^3 beträgt und der Wasserstand nach der Zugabe der Probe 15 cm^3 beträgt, beträgt das Probenvolumen fünf Kubikzentimeter: 15 - 10 = 5. Konvertieren Sie die in Kubikzentimeter angegebenen Volumen in Kubikmeter, indem Sie durch 1 x 10^6 dividieren. Ein Volumen von 5 cm^3 entspricht beispielsweise 5 x 10^-6 m^3: 5/1 x 10^6 = 5 x 10^-6.
Berechnen Sie die Dichte des Materials, indem Sie die Masse der Probe durch ihr Volumen dividieren. Zum Beispiel hat eine Titanprobe, die 9.014 Gramm wiegt und zwei Kubikzentimeter einnimmt, eine Dichte von 4.507 Kilogramm pro Kubikmeter: 9.014/1000/(2/1 x 10^6) = 4507.
Bestimmen Sie die Endfestigkeit des Materials aus dem Wendepunkt des Materials material Spannungs-Dehnungs-Kurve durch Nachzeichnen der Spannungs-Dehnungs-Kurve des Materials, bis die Kurve ihren erreicht höchster Punkt. Der von der Spannungsachse oder y-Achse abgelesene Wert ist die ultimative Festigkeit des Materials.
Dividieren Sie die Dichte durch die Endfestigkeit der Probe, um das Gewicht-zu-Festigkeits-Verhältnis des Materials zu erhalten. Titan hat beispielsweise eine Bruchfestigkeit von 434 x 10^6 N/m^2 und eine Dichte von 4507 kg/m^3. Das Verhältnis von Gewicht zu Festigkeit für Titan beträgt 1,04 x 10^-5 kg/Nm: 4507/434 x 10^6 = 1,04 x 10^-5.