Elastisitet (fysikk)

Kroppens 2 tilstand etter kollisjonen med den hardere kroppen 1. Kroppen 2 vist i topp- og bunnlinjene er deformert av kollisjonen opp til den venstre stiplede linjen. Det ideelt uelastiske eller plastiske legemet 2 i den midterste raden deformeres i samme grad og forblir i denne tilstanden. Derimot er deformasjonen av det elastiske legemet 2 i den øverste raden helt tilbaketrukket. Når det gjelder det delvis elastiske legemet 2 i den nederste raden, går deformasjonen bare delvis tilbake. Den faste linjen viser den endelige tilstanden i hvert tilfelle.

Elastisitet er egenskapen til et legeme eller materiale for å endre form under kraftens virkning og å gå tilbake til sin opprinnelige form når kraften fjernes (eksempel: vår). Man skiller

  • den lineære-elastiske oppførselen, som er beskrevet av Hookes lov , forekommer det generelt med små deformasjoner, så vel som
  • den ikke-lineære-elastiske oppførselen, der spenningen avhenger ikke-lineært av deformasjonen. Et typisk eksempel her er gummielastisiteten i tilfelle større deformasjoner.

Hvis det forblir en deformasjon etter at avbøyningskreftene er fjernet, kalles dette "elastisk hysterese ".

For alle materialer er det en grense for elastisitetsområdet som anelastisk oppførsel observeres over.

Mekanismer

Hvis en kraft virker på et legeme, forstyrres likevektsposisjonen til dets elementære byggesteiner ( atomer eller molekyler ). Avstandene mellom dem økes eller reduseres med en liten mengde, den mekaniske energien som brukes til dette lagres og arbeidsstykket endrer sin ytre form. Etter utslippet går atomene eller molekylene tilbake til sine opprinnelige posisjoner, og kroppen antar sin opprinnelige ytre form. Energien for deformasjonen lagres og frigjøres bare igjen når lasten frigjøres.

Hvis en viss verdi overskrides når kraften utøves, skjer en plastisk deformasjon i tillegg til den elastiske deformasjonen. Denne verdien avhenger av materialet og kalles den elastiske grensen . I spennings-belastningsdiagrammet er det punktet hvorfra en hysterese oppstår når lasten frigjøres. Spenningskurven avviker ofte fra det lineære forløpet her. Dette punktet er imidlertid ikke klart definert, men avhenger av målemetoden. Derfor bl.a. Ofte utføres ikke en obligatorisk entydig tildeling av legemer og materialer til egenskapene elastisitet og plastisitet, snarere er det en kombinasjon av begge egenskapene eller en endring fra elastikk til plastisk oppførsel avhengig av omfanget, typen og varigheten av kraften.

Viskoelastisitet er en spesiell form for elastisitet . Det forekommer hovedsakelig med polymerer og er preget av en delvis elastisk, delvis viskøs oppførsel. Etter fjerning av den ytre kraften slapper polymeren bare av fullstendig; den gjenværende energien blir spredt i form av strømningsprosesser. Her betyr en økning i elastisitet en reduksjon i viskøs oppførsel.

applikasjoner

Den lineære elastiske oppførselen til noen materialer med små deformasjoner brukes til konstruksjon og påføring av fjærer , se fjærkonstant .

I ingeniørstyrke teori , nærmere bestemt i bygningskonstruksjon og utstyrsteknikk, brukes de elastiske egenskapene til materialer for å sikre dimensjonsstabiliteten til konstruksjoner og enheter under påvirkning av kraft. Ved beregning av elastisiteten oppnås en høy belastning på bærende konstruksjoner samtidig som risikoen for brudd unngås .

For å kunne behandle dette beregningsmessige målrettet, beskrives materialets elastisitet i detalj med

  • en elastisitetsmodul ; den beskriver forholdet mellom spenning og forlengelse under deformasjonen av en solid kropp med lineær-elastisk oppførsel.
  • den kompresjonsmodulen ; med sin hjelp blir det beregnet hvilket trykkendring på alle sider som er nødvendig for å forårsake en viss reversibel volumendring.
  • den skjærmodulen ; den gir informasjon om lineær-elastisk deformasjon av en komponent som et resultat av skjærkraft eller skjærspenning.

Disse tre modulene er knyttet til hverandre via Poissons nummer .

I reologi er lineær elastisitet en av de tre grunnleggende egenskapene i tillegg til plastisitet og viskositet, og er representert i de reologiske modellene av en fjær, Hooke- elementet.

Se også

litteratur

  • Wilhelm Westphal : Fysikk. En lærebok for studenter ved universiteter og tekniske høyskoler. 2. utgave. Springer, Berlin 1930.
  • Ernst Grimsehl : Grimsehl lærebok om fysikk. Volum 1: Mekanikk · Akustikk · Varmeteori. 27., uendret utgave. Teubner, Leipzig 1991, ISBN 3-322-00812-6 .

weblenker