Όταν σκέφτεστε ανθεκτικά υλικά που υποστηρίζουν μια γέφυρα ή ένα κτίριο, ίσως να μην σκεφτείτε την ελαστικότητα. Βοηθώντας στον προσδιορισμό της ελαστικότητας των υλικών, ο συντελεστής Young καθορίζει το άγχος και την πίεση. Αυτό το μηχανικό χαρακτηριστικό της ελαστικότητας προβλέπει πώς ένα ανθεκτικό υλικό θα παραμορφωθεί υπό μια συγκεκριμένη δύναμη. Δεδομένου ότι υπάρχει μια άμεσα αναλογική σχέση μεταξύ τάσης και τάσης, ένα γράφημα αντιπροσωπεύει την αναλογία μεταξύ της τάσης εφελκυσμού και της τάσης.
Οι υπολογισμοί του συντελεστή Young σχετίζονται με την ελαστικότητα
Οι υπολογισμοί από το συντελεστή Young εξαρτάται από την εφαρμοζόμενη δύναμη, τον τύπο του υλικού και την περιοχή του υλικού. Η τάση του μέσου σχετίζεται με την αναλογία της εφαρμοζόμενης δύναμης σε σχέση με το εμβαδόν διατομής. Επίσης, το στέλεχος λαμβάνει υπόψη την αλλαγή μήκους ενός υλικού σε σχέση με το αρχικό του μήκος.
Πρώτα, μετράτε το αρχικό μήκος της ουσίας. Χρησιμοποιώντας ένα μικρόμετρο, προσδιορίζετε την περιοχή διατομής του υλικού. Στη συνέχεια, με το ίδιο μικρόμετρο, μετρήστε τις διαφορετικές διαμέτρους της ουσίας. Στη συνέχεια, χρησιμοποιήστε διάφορες μάζες με σχισμές για να προσδιορίσετε την εφαρμοζόμενη δύναμη.
Καθώς τα εξαρτήματα εκτείνονται σε διάφορα μήκη, χρησιμοποιήστε μια κλίμακα Vernier για να προσδιορίσετε το μήκος. Τέλος, σχεδιάστε τα διαφορετικά μέτρα μήκους σε σχέση με τις δυνάμεις που εφαρμόζονται. Η εξίσωση του συντελεστή Young είναι E = τάση εφελκυσμού / τάση εφελκυσμού = (FL) / (αλλαγή A * σε L), όπου το F είναι η εφαρμοζόμενη δύναμη, το L είναι το αρχικό μήκος, το Α είναι η τετραγωνική περιοχή και το Ε είναι συντελεστής Young στο Pascals (Pa). Χρησιμοποιώντας ένα γράφημα, μπορείτε να προσδιορίσετε εάν ένα υλικό δείχνει ελαστικότητα.
Σχετικές εφαρμογές για το μέτρο του Young
Η δοκιμή εφελκυσμού βοηθά στον εντοπισμό της ακαμψίας των υλικών χρησιμοποιώντας υπολογισμούς συντελεστών Young. Σκεφτείτε μια λαστιχένια ταινία. Καθώς τεντώνετε μια λαστιχένια ταινία, ασκείτε δύναμη για να την επεκτείνετε. Σε κάποιο σημείο, η λαστιχένια ταινία λυγίζει, παραμορφώνεται ή σπάει.
Με αυτόν τον τρόπο, η δοκιμή εφελκυσμού αξιολογεί την ελαστικότητα διαφορετικών υλικών. Αυτός ο τύπος αναγνώρισης κατηγοριοποιεί κυρίως μια ελαστική ή πλαστική συμπεριφορά. Ως εκ τούτου, τα υλικά είναι ελαστικά όταν παραμορφώνονται αρκετά για να επιστρέψουν στην αρχική κατάσταση. Ωστόσο, μια πλαστική συμπεριφορά ενός υλικού δείχνει μια μη αναστρέψιμη παραμόρφωση.
Εάν τα υλικά παρουσιάσουν μεγάλη δύναμη, εμφανίζεται ένα τελικό σημείο ρήξης αντοχής. Διαφορετικά υλικά εμφανίζουν υψηλότερη ή χαμηλότερη τιμή συντελεστή Young. Με πειραματικές δοκιμές εφελκυσμού, υλικά όπως το νάιλον αποκαλύπτουν ένα υψηλότερο συντελεστή Young στα 48 MegaPascal (MPa) που δείχνει ένα εξαιρετικό υλικό για τη δημιουργία ισχυρών στοιχείων. Το αλουμίδιο, το νάιλον γεμάτο με γυαλί και το ανθρακίδιο δείχνουν επίσης υψηλή τιμή συντελεστή Young των 70 MPa, καθιστώντας τα χρήσιμα για ακόμη πιο ανθεκτικά συστατικά. Η σύγχρονη ιατρική τεχνολογία χρησιμοποιεί αυτά τα υλικά και δοκιμές εφελκυσμού για την ανάπτυξη ασφαλών εμφυτευμάτων.