Wenn Sie an robuste Materialien denken, die eine Brücke oder ein Gebäude tragen, denken Sie vielleicht nicht an Elastizität. Bei der Bestimmung der Elastizität von Materialien bestimmt der Elastizitätsmodul die Spannung und Dehnung. Diese mechanische Eigenschaft der Elastizität sagt voraus, wie sich ein robustes Material unter einer bestimmten Kraft verformt. Da zwischen Spannung und Dehnung eine direkt proportionale Beziehung besteht, stellt ein Diagramm das Verhältnis zwischen Zugspannung und Dehnung dar.
Berechnungen des Elastizitätsmoduls beziehen sich auf die Elastizität
Die Berechnungen aus dem Elastizitätsmodul hängen von der aufgebrachten Kraft, der Art des Materials und der Fläche des Materials ab. Die Beanspruchung des Mediums bezieht sich auf das Verhältnis der aufgebrachten Kraft zur Querschnittsfläche. Außerdem berücksichtigt die Dehnung die Längenänderung eines Materials gegenüber seiner ursprünglichen Länge.
Zuerst messen Sie die Anfangslänge des Stoffes. Mit einem Mikrometer bestimmen Sie die Querschnittsfläche des Materials. Messen Sie dann mit demselben Mikrometer die unterschiedlichen Durchmesser der Substanz. Als nächstes verwenden Sie verschiedene geschlitzte Massen, um die aufgebrachte Kraft zu bestimmen.
Da sich die Komponenten auf verschiedene Längen erstrecken, verwenden Sie eine Nonius-Skala, um die Länge zu bestimmen. Tragen Sie schließlich die verschiedenen Längenmaße in Bezug auf die aufgebrachten Kräfte auf. Die Elastizitätsmodul-Gleichung lautet E = Zugspannung/Zugdehnung = (FL) / (A * Änderung in L), wobei F ist die aufgebrachte Kraft, L ist die Anfangslänge, A ist die quadratische Fläche und E ist der Elastizitätsmodul in Pascal (Pa). Anhand eines Diagramms können Sie feststellen, ob ein Material elastisch ist.
Relevante Anwendungen für den Young-Modulus
Zugversuche helfen, die Steifigkeit von Materialien mit Hilfe der Elastizitätsmodulberechnungen zu bestimmen. Betrachten Sie ein Gummiband. Wenn Sie ein Gummiband dehnen, üben Sie eine Kraft aus, um es zu dehnen. Irgendwann verbiegt sich das Gummiband, verformt sich oder bricht.
Auf diese Weise wird beim Zugversuch die Elastizität verschiedener Materialien bewertet. Diese Art der Kennzeichnung kategorisiert hauptsächlich ein elastisches oder plastisches Verhalten. Daher sind die Materialien elastisch, wenn sie sich weit genug verformen, um in den Ausgangszustand zurückzukehren. Ein plastisches Verhalten eines Materials zeigt jedoch eine nicht reversible Verformung.
Wenn Materialien einer großen Krafteinwirkung ausgesetzt sind, tritt ein Bruchpunkt der Endfestigkeit auf. Unterschiedliche Materialien weisen einen höheren oder niedrigeren Young-Modul-Wert auf. Bei experimentellen Zugversuchen zeigen Materialien wie Nylon einen höheren Young-Modul von 48 MegaPascal (MPa), was auf ein ausgezeichnetes Material für die Erzeugung starker Elemente hinweist. Alumide, glasfaserverstärktes Nylon und Carbonmid weisen auch einen hohen Young-Modul-Wert von 70 MPa auf, wodurch sie für noch stabilere Komponenten geeignet sind. Die moderne Medizintechnik nutzt diese Materialien und Zugversuche, um sichere Implantate zu entwickeln.