材料に力が加わると、内部には抵抗する力が生じ、形も少し変わります。応力とひずみ、そして両者を結ぶフックの法則を学びます。
麦倉 ふわり
ふぇぇ〜、輪ゴムを引っぱると伸びるのに、離すと元に戻るのはどうしてですかぁ？
緑川 カナ 先生
それを説明するのが応力とひずみなのよ、ふわりちゃん。
材料に外から荷重がかかると、内部にはそれに抵抗する力が生まれるの。
栗原 せな
補足すると、応力=荷重÷断面積、で表します。
同じ荷重でも断面積が小さいほど応力は大きくなります。
黒崎 サニー
細いゴムほど切れやすいのは、応力が集中するからか！
緑川 カナ 先生
その通り。
一方、材料の変形の割合を表すのがひずみ。
ひずみ=変形量÷元の長さ、で、単位のない数値になるの。
麦倉 ふわり
変形量を元の長さで割るんですねぇ。
えへへ、割り算だから単位がなくなるんですぅ。
緑川 カナ 先生
よく分かったわね。
そして、変形が小さい範囲では応力とひずみは比例するの。
これがフックの法則よ。
栗原 せな
その比例が成り立つ限界を弾性限界といい、この範囲内なら力を取り除くと元の形に戻る、という理解で合っていますか？
緑川 カナ 先生
合っているわ。
弾性限界を超えると、力を除いても元に戻らない永久変形が残ってしまうの。
黒崎 サニー
なるほど、輪ゴムも引っぱりすぎると伸びっぱなしになるもんね。
あれが限界を超えた状態か！
確認クイズ
元の長さ200mmの棒が0.4mm伸びたとき、ひずみはいくらか。
- 0.002
- 0.02
- 0.2
- 500
こたえを見る
正解: 1. 0.002
正解は1。ひずみ=変形量÷元の長さ=0.4mm÷200mm=0.002です。単位のない数値になります。