elastisitet – fysikk – Store norske leksikon (original) (raw)
Gummistrikker har høy elastisitet.
Elastisitet er en egenskap ved et legeme som gjør at det forandrer form eller størrelse (deformeres) under påvirkning av ytre krefter og gjenvinner sin opprinnelige form når kreftene fjernes. Dersom et legeme får tilbake nøyaktig samme fasong som det hadde før det ble deformert av en kraft, sies det å være hundre prosent elastisk.
Faktaboks
Uttale
elastisitˈet
tysk, over latin fra gresk ‘drive frem’
En kollisjon mellom to legemer kan være mer eller mindre elastisk, avhengig av elastisiteten til de to legemene; dette avgjør hvor mye mekanisk energi (bevegelsesenergi pluss stillingsenergi) som blir bevart. I en elastisk kollisjon er legemenes mekaniske energi bevart.
Forholdet mellom de deformerende krefter og deformasjonen behandles i elastisitetsteorien, som spiller stor rolle for byggkonstruksjoner, for forståelsen av vibrasjoner, for forplantning av lyd og for studiet av kreftene mellom atomer eller molekyler i krystallgittere. Elastisitet og store elastiske deformasjoner hos gummi har sin spesielle årsak, se gummielastisitet.
Hookes lov
I elastiske legemer har de deformerende kreftene motkrefter i form av elastiske krefter inne i legemet. Disse skyldes at legemets atomer eller molekyler forskyves fra sin likevektsstilling. Elastiske krefter per flateenhet kalles spenninger.
Når en stav med lengde l og tverrsnitt A trykkes sammen eller strekkes i lengderetningen av en kraft F, blir spenningen S = F/A. Etter Hookes lov, som har god gyldighet ved relativt små deformasjoner, er deformasjonen proporsjonal med den deformerende kraft, slik at lengdeforandringen Δ_l_ er gitt ved
Δ_l_ /l =(1/E)· S
Hvor E er en størrelse som avhenger av materialet og kalles elastisitetsmodulen eller Youngs modul. Denne er meget stor for stål, mindre for eksempel for kobber og aluminium og særlig liten for myk gummi og geléaktige stoffer.
På tilsvarende måte kan man angi uttrykk for andre former for deformasjon: en skjærmodul for skjærspenninger, en torsjonsmodul for vridning og en volummodul for endring i volum. Skjærspenninger oppstår ved tverrbelastning når de ytre krefter som holder hverandre i likevekt er parallellforskjøvet i forhold til hverandre. Volummodulen har særlig betydning for væsker og plastiske legemer.
Bruddgrensen
Hvis spenningen øker over elastisitetsgrensen eller flytegrensen, får ikke legemet tilbake sin opprinnelige form etter kraftens opphør. Da slutter deformasjonen å være elastisk, og legemet vil ved fortsatt belastning deformeres sterkt og nå bruddgrensen hvor det brytes i stykker.
Noen verdier for elastisitetsmodul, elastisitetsgrense og bruddgrense er oppgitt i tabellen. Siden elastiske egenskaper er sterkt avhengig av temperatur, renhetsgrad med mer, vil oppgitte verdier for slike størrelser kunne variere sterkt. Ved alle tekniske konstruksjoner må man derfor påse at aktuelle belastninger ligger tilstrekkelig langt under de kritiske verdier.
Hvis et elastisk legeme utsettes for gjentatte formforandringer, for eksempel bøyninger frem og tilbake, inntrer til slutt brudd selv om hver enkelt bøyning ikke går ut over det som er tillatt. Dette kalles elastisk tretthet, og har stor betydning i teknikken. Det er dette som vanligvis begrenser levetiden for konstruksjonsdeler som fjærer og aksler.
Hysterese
Eksempel på en strekkurve for et materiale der den øverste kurven (blå) viser hvordan deformasjonen (X-aksen) øker med økende belastning (Y-aksen), mens den nederste kurven (rød) viser hvordan deformasjonen går mindre tilbake ved avtakende belastning. Arealet mellom kurvene representerer tapt energi som følge av indre friksjon i materialet.
I mange tilfeller går ikke deformasjonen helt tilbake igjen når påkjenningen opphører, det blir tilbake en varig, plastisk forandring. I andre tilfeller går deformasjonen tilbake, men langsommere og langsommere på grunn av indre friksjon i materialet (elastisk ettervirkning, viskoelastisitet). Strekk/forlengelseskurven ved stigende belastning vil da være forskjellig fra kurven ved avtagende belastning, og arealet mellom de to kurvene representerer den energi som går tapt som varme på grunn av indre friksjon. Denne form for hysterese kalles elastisk hysterese.
Væsker og gasser gjør ingen merkbar motstand mot formforandring og har derfor ingen formelastisitet. Derimot motsetter de seg en volumforandring, de har volumelastisitet. For å endre volumet av væsker kreves det store trykk, men ikke så store som for faste legemer. Volumendring av gasser krever mindre trykk.
Elastisitet i ulike materialer
| Materialtype | Elastisitetsmodul | Elastisitetsgrense | Bruddgrense (strekkfasthet) |
|---|---|---|---|
| stål (herdet) | 2,1 · 105 | 600 | 1000 |
| støpejern | 1,1 · 105 | 100–300 | 300–500 |
| kobber | 1,3 · 105 | 100–150 | 350–500 |
| aluminium | 7 · 104 | 130 | 150 |
| bly | 5 · 103 | 10 | 12 |
| glass | 4–8 · 104 | – | 40–80 |
| granitt | – | – | 7–25 |
| sement | 2–3 · 104 | – | 0,5–2,5 |
| teglstein | – | – | 2–18 |
| tre (furu) | 1,1 · 104 | 20 | 50–100 |
| silke | 1,0 · 104 | – | 300 |
| rayon | 0,5–5 · 105 | – | 150–800 |
| gummi | 0,2–8 | – | 10–30 |
Tallene er oppgitt i newton per kvadratmillimeter (N/mm2) og refererer til det opprinnelige tverrsnittet av materialene.