μέτρο του Young

Μέτρο του Young

Το μέτρο του Young μπορεί να οριστεί ως η ιδιότητα ενός δεδομένου υλικού που μπορεί να καθορίσει το σημείο τάνυσης και θραύσης του. Το μέτρο του Young ορίζεται ως ο λόγος της εφελκυστικής τάσης προς την εφελκυστική τάση.

Η τάση εφελκυσμού μπορεί να οριστεί ως η αντίσταση ενός αντικειμένου σε μια εξωτερική δύναμη που θα μπορούσε ενδεχομένως να το σχίσει. Το σύμβολο υποδηλώνει την τάση εφελκυσμού =σ 

Η τάση εφελκυσμού μπορεί να οριστεί ως η παραμόρφωση ή η επιμήκυνση ενός αντικειμένου ανά μονάδα μήκους λόγω της εφαρμογής εφελκυστικής τάσης. Το σύμβολο απεικονίζει την τάση εφελκυσμού=ϵ

Ως εκ τούτου, το μέτρο του Young συμβολίζεται με την ακόλουθη έκφραση:

E =

Πού, 

Το E υποδηλώνει το μέτρο του Young

Το σ υποδηλώνει τάση εφελκυσμού

και, ϵ υποδηλώνει τάνυση εφελκυσμού

Ορίστε το μέτρο του Young

Το μέτρο του Young μπορεί να οριστεί ως η αναλογία της ποσότητας της πίεσης που εφαρμόζεται σε ένα αντικείμενο προς το επίπεδο αντίστασης ή ελαστικότητάς του για τη διατήρηση της ασκούμενης τάσης. Ο συντελεστής του Young αναφέρεται συνήθως ως ο συντελεστής πίεσης.

Το μέτρο του Young έχει πάρει το όνομά του από τον Άγγλο Φυσικό Sir Thomas Young. Ο συντελεστής περιγράφει την ιδιότητα της ελαστικότητας ενός στερεού υλικού που υφίσταται τάση ή συμπίεση προς μια ορισμένη κατεύθυνση.

Για παράδειγμα, στην περίπτωση μιας μεταλλικής ράβδου, καθώς η θερμότητα εφαρμόζεται σημαντικά σε μια μεταλλική ράβδο, επιμηκύνεται και τεντώνεται με τη δέουσα διαδικασία, αλλά μόλις αφαιρεθεί η θερμότητα, συμπιέζεται στο αρχικό της σχήμα.

Στην πραγματικότητα, το μέτρο του Young περιγράφει πώς ένα υλικό παραμορφώνεται υπό φόρτωση. Μπορούμε να πάρουμε το παράδειγμα της δοκιμής εφελκυσμού για να εξηγήσουμε περαιτέρω το μέτρο του Young, σημειώστε ότι με την πραγματική διεξαγωγή της δοκιμής, η τάση-παραμόρφωση του υλικού παρατηρείται σε ένα γράφημα με τη μορφή καμπύλης. Όπου η τάση απεικονίζεται στον άξονα x και η τάση απεικονίζεται στον άξονα y:

• Η δοκιμή εφελκυσμού είναι μια πολύ κοινή μηχανική δοκιμή που παίρνει ένα δοκίμιο και το τεντώνει κατά μήκος του.
• Είναι μια μονοαξονική δοκιμή που σημαίνει ότι εφαρμόζει τη δύναμη του στερεού αντικειμένου μόνο από μία κατεύθυνση.
• Κατά τη διάρκεια της δοκιμής, το μηχάνημα δοκιμής μετρά το φορτίο ή τη δύναμη που ασκείται στο στερεό αντικείμενο και τη μεταβολή του μήκους του.
• Η κύρια έξοδος από τη δοκιμή εφελκυσμού είναι η καμπύλη τάσης-παραμόρφωσης, η οποία περιγράφει πόσο θα παραμορφωθεί το αντικείμενο ή το υλικό που δοκιμάζουμε για διαφορετικά επίπεδα εφαρμοζόμενης τάσης.
• Κατά τη διεξαγωγή της δοκιμής, μπορούμε να παρατηρήσουμε πώς η καμπύλη τάσης-παραμόρφωσης εξελίσσει το υλικό ή το αντικείμενο στο οποίο διεξάγουμε τη δοκιμή. ιδανικά, μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε οποιοδήποτε μεταλλικό στερεό όπως ατσάλι.
• Η δοκιμή ολοκληρώνεται καθώς το μέταλλο σπάει ή καταστρέφεται τελικά.

Με το παράδειγμα της δοκιμής εφελκυσμού, μπορούμε να παρατηρήσουμε ότι η καμπύλη τάσης-παραμόρφωσης χωρίζεται σε δύο περιοχές 

Η ελαστική περιοχή όπου μπορούμε να παρατηρήσουμε ότι η καμπύλη είναι γραμμική (σε αυτήν την περιοχή, η τάση είναι μεγαλύτερη από την τάση στο γράφημα)

Η πλαστική περιοχή (όπου η τάση είναι μεγαλύτερη από την τάση στο γράφημα).

Ας υποθέσουμε ότι η εφαρμοζόμενη τάση είναι χαμηλή και παραμένουμε στην ελαστική περιοχή. Σε αυτήν την περίπτωση, οι αρχικές διαστάσεις του εξαρτήματος θα ανακτηθούν πλήρως όταν αφαιρεθεί η ασκούμενη δύναμη ή το φορτίο. Για μεγαλύτερες καταπονήσεις που μας οδηγούν στην πλαστική περιοχή, η μόνιμη πλαστική παραμόρφωση θα παραμείνει μετά την αφαίρεση του εφαρμοζόμενου φορτίου.

Τύπος συντελεστή του Young  

Το μέτρο του Young είναι επίσης γνωστό ως μέτρο ελαστικότητας. Το μέτρο του Young μετρά την ακαμψία ενός ελαστικού σώματος. Όσο μεγαλύτερη είναι η τιμή του συντελεστή του Young, τόσο πιο άκαμπτο γίνεται το σώμα.

Με άλλα λόγια, όσο μεγαλύτερος είναι ο συντελεστής του Young, τόσο λιγότερο ελαστικό γίνεται το σώμα ή το αντικείμενο. Η μονάδα του συντελεστή του Young είναι- N/m2. Αυτή είναι ουσιαστικά η ίδια μονάδα με τη μονάδα πίεσης.

Ως εκ τούτου, το μέτρο του Young υπολογίζεται ως η αναλογία τάσης προς παραμόρφωση και απεικονίζεται με τον ακόλουθο τύπο:

E =

Πού, 

Το E υποδηλώνει το μέτρο του Young

Το σ υποδηλώνει τάση εφελκυσμού

και, ϵ υποδηλώνει τάνυση εφελκυσμού

Τώρα, δεδομένου ότι η τάση έχει τη μονάδα-N/m2 και η τάση δεν έχει καμία μονάδα, το μέτρο του Young παραμένει η ίδια μονάδα με την τάση.

Συντελεστές συντελεστή του Young

Στην περίπτωση της ελαστικότητας ενός αντικειμένου ή υλικού, οι παράγοντες που επηρεάζουν το μέτρο του Young είναι οι εξής:

• Τάση- Όταν εφαρμόζεται σταθερό φορτίο ή πίεση στο ελαστικό υλικό, θα προκαλέσει μείωση ή μείωση της ελαστικότητας του υλικού τελικά.

• Αλλαγή θερμοκρασίας- Καθώς η θερμοκρασία του υλικού αυξάνεται ή μειώνεται, επηρεάζει σταδιακά την ελαστικότητα του υλικού. Για παράδειγμα, καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία του υλικού, αρχίζει σταδιακά να γίνεται πλαστικό στη φύση του, δηλαδή σιγά-σιγά οδηγεί σε παραμόρφωση. Ωστόσο, μια μείωση της θερμοκρασίας θα αυξήσει την ελαστικότητα.

• Ακαθαρσίες- Όσον αφορά τον αριθμό των ακαθαρσιών που προστίθενται στο υλικό, το επίπεδο ελαστικότητάς του αυξάνεται ή μειώνεται στη φύση. Για παράδειγμα, καθώς μικρές ποσότητες κραμάτων προστίθενται στο σίδηρο, η ελαστικότητα του σιδήρου αυξάνεται σταδιακά.

• Σφυρηλάτηση, κύλιση και ανόπτηση (που σημαίνει θέρμανση ενός υλικού και στη συνέχεια ψύξη του σταδιακά) – εάν ένα αντικείμενο ή υλικό σφυροκοπείται συνεχώς, ο ατομικός δεσμός του σωματιδίου σπάει, καθιστώντας το τελικά πιο ελαστικό. Παρόμοιο αποτέλεσμα απεικονίζεται στην περίπτωση κύλισης και ανόπτησης του υλικού.

• Κρυσταλλική φύση- Εάν το υλικό είναι μόνο κρυσταλλικό, δεν μπορεί να θεωρηθεί ελαστική ιδιότητα. Ως εκ τούτου, όσο λιγότερο κρυσταλλικό είναι το υλικό, τόσο πιο ελαστικό θα είναι.

Συμπέρασμα

Το μέτρο του Young, το οποίο πήρε το όνομά του από τον Άγγλο Φυσικό Sir Thomas Young, ορίζει τον ρυθμό ελαστικότητας ενός αντικειμένου ή υλικού καθώς εφαρμόζεται σταθερή τάση στο αντικείμενο. Ο συντελεστής απεικονίζεται ως ο λόγος της παραμόρφωσης προς την τάση.

Το μέτρο του Young μπορεί να δοκιμαστεί με εφελκυστική τάση, όπου το φορτίο εφαρμόζεται σε ένα αντικείμενο από μία μόνο κατεύθυνση για να προσδιοριστεί το επίπεδο ελαστικότητάς του. Το μέτρο του Young μετρά την ακαμψία ενός ελαστικού σώματος. Όσο μεγαλύτερη είναι η τιμή του συντελεστή του Young, τόσο πιο άκαμπτο γίνεται το σώμα.