Якщо ви штовхаєте кінці гумового стрижня один до одного, ви застосовуєтестисненнязусилля і може вкоротити стрижень на деяку величину. Якщо відтягнути кінці один від одного, викликається силанапруга,і можна протягнути шток уздовж. Якщо ви підтягнете один кінець до себе, а другий кінець від вас, використовуючи те, що називається aзсувсили, шток тягнеться по діагоналі.
Модуль пружності (Е) є мірою жорсткості матеріалу під стиском або натягом, хоча також існує еквівалентний модуль зсуву. Це властивість матеріалу і не залежить від форми чи розміру предмета.
Маленький шматок гуми має такий самий модуль пружності, як і великий шматок гуми.Еластичний модуль, також відомий як модуль Янга, названий на честь британського вченого Томаса Янга, пов’язує силу стискання або розтягування об’єкта з отриманою зміною довжини.
Що таке стрес і напруга?
Стрес (σ) - компресія або натяг на одиницю площі і визначається як:
\ sigma = \ frac {F} {A}
Тут F - сила, а A - площа поперечного перерізу, де застосовується сила. У метричній системі напруження зазвичай виражається в одиницях паскалів (Па), ньютонах на квадратний метр (Н / м
2) або ньютонів на квадратний міліметр (Н / мм2).Коли на предмет накладається напруга, викликається зміна формипроцідити.У відповідь на стиснення або натяг,нормальне напруження (ε) задається пропорцією:
\ epsilon = \ frac {\ Delta L} {L}
У цьому випадку ΔL- це зміна довжини іL- оригінальна довжина. Нормальне напруження, або простопроцідити, є безрозмірним.
Різниця між пружною та пластичною деформацією
Поки деформація не надто велика, такий матеріал, як гума, може розтягуватися, а потім пружини повертається до початкової форми та розміру, коли зусилля знімається; гума пережилаеластичнийдеформація, що є оборотною зміною форми. Більшість матеріалів можуть витримувати деяку кількість пружних деформацій, хоча вона може бути дрібною в такому міцному металі, як сталь.
Однак, якщо напруга занадто велика, матеріал зазнаєпластикдеформуються і назавжди змінюють форму. Стрес може навіть зрости до такої міри, коли матеріал руйнується, наприклад, коли ви потягнете гумку, поки вона не зірветься навпіл.
Використання формули модуля пружності
Модуль рівняння пружності використовується лише в умовах пружної деформації від стиску або розтягування. Модулем пружності є просто напруження, розділене на деформацію:
E = \ frac {\ sigma} {\ epsilon}
з одиницями паскалів (Па), ньютонів на квадратний метр (Н / м2) або ньютонів на квадратний міліметр (Н / мм2). Для більшості матеріалів модуль пружності настільки великий, що зазвичай виражається як мегапаскаль (МПа) або гігапаскаль (ГПа).
Для перевірки міцності матеріалів інструмент з більшою і більшою силою натягує кінці зразка і вимірює результуючу зміну довжини, іноді до зразка. Площа поперечного перерізу зразка повинна бути визначена та відома, що дозволяє розрахувати напруження від прикладеної сили. Наприклад, дані тесту на м'якій сталі можуть бути побудовані як крива напруження-деформація, яка потім може бути використана для визначення модуля пружності сталі.
Пружний модуль із кривої напруги-деформації
Пружна деформація відбувається при малих деформаціях і пропорційна напрузі. На кривій напруження-деформація така поведінка видно як прямолінійна область для деформацій менше приблизно 1 відсотка. Отже, 1 відсоток - це межа пружності або межа оборотної деформації.
Наприклад, щоб визначити модуль пружності сталі, спочатку визначте область пружності деформація на кривій напружень і деформацій, яку ви зараз бачите, стосується деформацій менше приблизно 1 відсотка, абоε= 0.01. Відповідна напруга на той момент становитьσ= 250 Н / мм2. Отже, використовуючи формулу модуля пружності, модуль пружності сталі дорівнює
E = \ frac {\ sigma} {\ epsilon} = \ frac {250} {0.01} = 25000 \ text {Н / мм} ^ 2