Contenuto
- Cosa sono lo stress e la tensione?
- La differenza tra deformazione elastica e plastica
- Utilizzando la formula del modulo di elasticità
- Modulo elastico da una curva sforzo-deformazione
Se spingi le estremità di un'asta di gomma l'una verso l'altra, stai applicando a compressione forzare e può accorciare l'asta di una certa quantità. Se allontani le estremità l'una dall'altra, viene chiamata la forza tensione, e puoi allungare l'asta nel senso della lunghezza. Se tira un'estremità verso di te e l'altra estremità lontano da te, usando quello che viene chiamato a cesoia forza, l'asta si estende in diagonale.
Modulo elastico (E) è una misura della rigidità di un materiale sotto compressione o tensione, sebbene esista anche un modulo di taglio equivalente. È una proprietà del materiale e non dipende dalla forma o dalle dimensioni dell'oggetto.
Un piccolo pezzo di gomma ha lo stesso modulo elastico di un grande pezzo di gomma. Modulo elastico, noto anche come modulo di Young, dal nome dello scienziato britannico Thomas Young, mette in relazione la forza di spremere o allungare un oggetto con il conseguente cambiamento di lunghezza.
Cosa sono lo stress e la tensione?
Stress (σ) è la compressione o la tensione per unità di area ed è definita come: σ = F / UN. Qui F è la forza e A è l'area della sezione trasversale in cui viene applicata la forza. Nel sistema metrico, lo stress è comunemente espresso in unità di pascal (Pa), newton per metro quadrato (N / m2) o newton per millimetro quadrato (N / mm2).
Quando lo stress viene applicato a un oggetto, viene chiamato il cambiamento di forma sforzo. In risposta a compressione o tensione, sforzo normale (ε) è dato dalla proporzione: ε = Δ_L_ / L. In questo caso Δ_L_ è il cambio di lunghezza e L è la lunghezza originale. Sforzo normale o semplicemente sforzo, è senza dimensioni.
La differenza tra deformazione elastica e plastica
Fintanto che la deformazione non è eccessiva, un materiale come la gomma può allungarsi, per poi tornare alla sua forma e dimensione originali quando la forza viene rimossa; la gomma ha sperimentato elastico deformazione, che è un cambiamento reversibile di forma. La maggior parte dei materiali può sopportare una certa deformazione elastica, sebbene possa essere minuscola in un metallo duro come l'acciaio.
Se lo stress è troppo grande, tuttavia, subirà un materiale plastica deformazione e modifica permanente della forma. Lo stress può persino aumentare fino al punto in cui un materiale si rompe, ad esempio quando si tira un elastico fino a farlo scattare in due.
Utilizzando la formula del modulo di elasticità
Il modulo dell'equazione dell'elasticità viene utilizzato solo in condizioni di deformazione elastica da compressione o tensione. Il modulo di elasticità è semplicemente lo stress diviso per lo sforzo: E = σ / ε con unità di pascal (Pa), newton per metro quadrato (N / m2) o newton per millimetro quadrato (N / mm2). Per la maggior parte dei materiali, il modulo elastico è così grande da essere normalmente espresso in megapascal (MPa) o gigapascals (GPa).
Per testare la resistenza dei materiali, uno strumento tira le estremità di un campione con forza sempre maggiore e misura la variazione di lunghezza risultante, a volte fino alla rottura del campione. L'area della sezione trasversale del campione deve essere definita e conosciuta, consentendo il calcolo dello stress dalla forza applicata. I dati di un test su acciaio dolce, ad esempio, possono essere tracciati come una curva di deformazione, che può quindi essere utilizzata per determinare il modulo di elasticità dell'acciaio.
Modulo elastico da una curva sforzo-deformazione
La deformazione elastica si verifica a basse sollecitazioni ed è proporzionale allo stress. Su una curva sforzo-deformazione, questo comportamento è visibile come una linea retta per deformazioni inferiori all'1% circa. Quindi l'1 percento è il limite elastico o il limite della deformazione reversibile.
Per determinare il modulo di elasticità dell'acciaio, ad esempio, identificare innanzitutto la regione di deformazione elastica nella curva sforzo-deformazione, che ora si vede applicare a sforzi inferiori a circa l'1 percento, oppure ε = 0,01. Lo stress corrispondente a quel punto è σ = 250 N / mm2. Pertanto, utilizzando la formula del modulo di elasticità, il modulo di elasticità dell'acciaio è E = σ / ε = 250 N / mm2 / 0,01 o 25.000 N / mm2.