สมบัติเชิงกลของสาร(ของแข็ง)

สมบัติเชิงกลของสาร (ของแข็ง)

ความยืดหยุ่น  เป็นสมบัีติของวัตถุที่สามารถกลับคืนสู่สภาพเดิมหลักถูกแรงกระทำ เช่น ยางยืด

สภาพยืดหยุ่น (elasticity) คือ สมบัติของวัตถุที่มีการเปลี่ยนแปลงรูปร่างเมื่อมีแรงกระทำและสามารถคืนตัวกลับสู่สภาพเดิมเมื่อหยุดออกแรงกระทำ

สภาพพลาสติก (plasticity) คือ สมบัติของวัตถุที่มีการเปลี่ยนรูปร่างไปอย่างถาวร โดยผิววัตถุไม่ฉีกขาดหรือแตกหัก!

ขอบเขตของการยืดหยุ่น

โดยทั่วไปวัตถุที่มีความยืดหยุ่นสมบูรณ์ (กลับสู่สภาพเดิมได้จริง) จะเป็นวัตถุที่มีความยืดหยุ่นสมบูรณ์ภายในขอบเขตจำกัดเท่านั้น เรียกว่า ขอบเขตของการยืดหยุ่น

รูปที่ 1

สมมติออกแรงดึงสปริงให้ยืดออก ขนาดของแรงดึงสปริงกับระยะที่ยืดออกเป็นไปตามกฏของฮุก และได้กราฟดังรูป

Image # 2.

– จุด a  คือ ขีดจำกัดการแปรผันตรง (Proportional limit) ซึ่งเป็นตำแหน่งสุดท้ายที่ความยาวสปริงยืดออก แปรผันตรงกับขนาดของแรงดึง
 – จุด b  คือ ขีดจำกัดสภาพยืดหยุ่น (Elastic limit) ซึ่งเป็นตำแหน่งสุดท้ายที่สปริงยืดออกแล้วกลับสู่สภาพเดิม แต่แรงดึงไม่แปรผันตรงกับระยะยืด
 – จุด C  คือ จุดแตกหัก (Breaking point) หมายถึงตั้งแต่จุด b เป็นต้นไป ถ้าดึงต่อไปก็ถึงจุด c ซึ่งเป็นจุดที่เส้นวัสดุขาด

ความเค้น (Stress)

แรงเค้น คือ แรงภายในของวัตถุที่ต้านแรงกระทำถ้าแรงเค้นน้อยกว่าแรงที่กระทำจะทำให้รูปร่างเปลี่ยนไป วัตถุส่วนมากจะมีรูปร่างผิดไปเล็กน้อยเมื่อมีแรงกระทำ โดยแรงที่มากระทำนั้นอาจกระทำในทิศต่าง ๆ และวัตถุเหล่านั้นส่วนใหญ่จะประพฤติตามกฎของฮุกเมื่อแรงยังน้อยกว่าขีดจำกัดสภาพยืดหยุ่น

Image # 3.

รูปที่ 2

ความเค้น (Stress) คือ อัตราส่วนของแรงเค้นต่อพื้นที่หน้าตัด  หน่วย (N/m2) ในที่นี้กล่าวเฉพาะความเค้นดึงหรือความเค้นอัด

หมายเหตุ : แรงเค้นที่ขีดจำกัดความยืดหยุ่น เป็นแรงที่มีค่าสูงสุด

ความเครียด (Strain) คือ อัตราส่วนของความยาวที่เปลี่ยนไปต่อความยาวเดิม (ไม่มีหน่วย) ในที่นี้จะกล่าวถึงเฉพาะความเครียดตามยาว

รูปที่ 3  

มอดูลัสความยืดหยุ่น (Elastic modulus ; E)

เมื่อออกแรงดึงและทำการวัดระยะยืด สามารถเขียนเป็นกราฟระหว่างความเค้นกับความเครียดได้ ดังรูป พิจารณาช่วงขีดจำกัดการแปรผันตรง จะได้ว่าความเค้นแปรผันตรงกับความเครียด หรือ อัตราส่วนระหว่างความเค้นต่อความเครียดมีค่าคงที่ ซึ่งค่าคงที่นี้เรียกว่า ค่ามอดูลัสความยืดหยุ่น (E)

จะได้ สำหรับค่ามอดูลัสความยืดหยุ่นของวัตถุหนึ่ง ๆ มีค่าคงที่เสมอ และ ค่ามอดูลัสความยืดหยุ่นเป็นลักษณะเฉพาะตัวของวัตถุแต่ละชนิด เมื่อออกแรงดึงเส้นวัสดุโดยไม่ให้ขนาดของแรงดึงเกินขีดจำกัดการแปรผันตรงของวัสดุ ความเค้นตามยาวจะแปรผันตรงกับความเครียดตามยาว นั่นคืออัตราส่วนระหว่างความเค้นตามยาวและความเครียดตามยาวของวัสดุชนิดหนึ่งๆ จะมีค่าคงตัว เรียกค่าคงที่นี้ว่ามอดูลัสของยัง (Young’s modulus) แทนด้วยสัญลักษณ์ Y

                                                 

       F ในสมการ สำหรับสปริงหรือเส้นลวด คือ กฎของฮุก (Hook ’s Law)

หมายเหตุ : วัตถุใดที่มีค่าแรงเค้นที่ขีดจำกัดความยืดหยุ่นมากแสดงว่าทนแรงภายนอกได้มาก วัตถุใดมีค่ามอดูลัสของความยืดหยุ่นมากแสดงว่าเมื่อมีแรงภายนอกมากระทำทำให้เปลี่ยนรูปร่างได้ยาก

ที่มาจาก http://www.streesmutprakan.ac.th/teacher/sci/phystay/Phy1/Foit.htm

ที่มา https://koosukanjana.wordpress.com/บทเรียนฟิสิกส์/สมบัติเชิงกลของสาร/สมบัติเชิงกลของสารของแ/