了解弹性

物理学和材料科学中的弹性是指物体承受引起变形的力并在力撤消后恢复其原始尺寸的能力。当施加足够的载荷时，固体物体会变形；如果材料是弹性的，那么在移除重物后，物体将恢复到原来的大小和形状。与可塑性不同，可塑性会阻止这种情况发生并导致物品保持变形。

本文将讨论以下问题的答案：

什么是弹性？

对于不同的材料，弹性行为的潜在物理原因可能会有很大差异。当施加力时，金属中的原子晶格的大小和形状会发生变化（能量被添加到系统中）。当力被消除时，晶格返回到其初始的较低能量状态。施加力时聚合物链的拉伸使橡胶和其他聚合物具有弹性。

根据胡克定律，无论距离有多大，用于使弹性物品变形的力都应与变形距离成正比。一个给定的物体无论变形多么严重，都会恢复到原来的形状；这就是所谓的完美弹性。

这只是一个理想的概念；实际上，大多数弹性材料在发生塑性（永久）变形之前仅保留其纯弹性特性，直至相对较小的变形。

弹性模量，也称为杨氏模量、体积模量或剪切模量，是产生一个单位应变所需的应力量的量度。模量越高表明材料越难变形。

帕斯卡用作该模数的 SI 单位 (Pa)。在塑性变形开始之前可能存在的最高张力称为材料的弹性极限或屈服强度。帕斯卡也是其 SI 等效值 (Pa)。弹性材料的示例包括橡皮筋、弹性材料和其他弹性材料。另一方面，造型粘土相当缺乏弹性，即使在施加的力停止后仍保持其改变的形状。

当产生变形的力被释放时，弹性材料体可以恢复到其先前的尺寸和形状。这种能力被称为身体的弹性行为（或反应）。大多数固体材料都表现出一定程度的弹性行为，但对于每种材料，力的大小和可实现弹性恢复的伴随变形都是有限度的。

在永久变形开始之前，固体材料中可以存在的每单位面积的最高应力或力称为弹性极限。当应力超过弹性极限时，材料屈服或流动。这种材料的弹性极限表示从弹性到塑性的转变。超过弹性极限的应力会导致大多数脆性材料发生断裂，塑性变形几乎很小。

弹性极限因所考虑的固体类型而异；例如，一根钢筋或钢丝只能弹性延伸其原始长度的大约 1%，而由一些类似橡胶的材料制成的条带的弹性延伸最高可达 1000%。

然而，钢比橡胶强得多，因为橡胶比钢需要更少的拉力来影响最大弹性延伸（大约 0.01 倍）。许多处于拉伸状态的固体具有介于这两个极端之间的弹性特性。

钢和橡胶具有明显不同的微观结构，这就是它们的宏观弹性特性不同的原因。当材料不受压力时，使原子保持规则模式的短程原子间力赋予了钢和其他金属以柔韧性。

原子键可以在应力下以相对微小的变形断裂。另一方面，类似橡胶的物质和其他聚合物由长链分子组成，当物质在弹性恢复过程中被拉伸和反冲时，它们会展开。材料的宏观反应，而不是其潜在机制，是弹性数学理论及其在工程力学中应用的重点。

拉伸应力（材料横截面单位面积上的拉伸力或拉伸力）与拉伸比（拉伸长度与初始长度之差除以初始长度）e 之间的线性关系，在简单直接拉伸中测试表征了钢材和骨骼等材料的弹性响应。

换句话说，表达式 =Ee 表示与 e 成正比，而 E，即比例常数，也称为杨氏模量。橡胶和钢的 E 值之比约为 100,000，具体取决于材料。本构定律是方程=Ee，也称为胡克定律。

我们一直都知道，有些材料比其他材料更灵活，并且它们以不同的方式响应力，但罗伯特胡克是在讨论弹性时要牢记的关键名称。生活在艾萨克·牛顿生前的胡克是第一个准确计算和分析弹性如何起作用的人。

通过对弹簧的广泛测试，胡克在 1660 年发现了弹性定律，有时也称为胡克定律。该定律的基本原则是，对于物品的相对较小的变形（例如拉伸或弯曲），位移或变形量与变形力或载荷成正比。当在这些情况下移除负载时，物体会恢复其原始大小和形状。

根据胡克定律，早期的行为可以用来解释固体的弹性行为。为了使材料具有弹性，其组成粒子必须能够响应外力在其内部移动，并且根据胡克定律，这种移动必须与施加的力成正比。

虽然它不是一个完美的定律——对于更大的力，弹性极限经常被超过，这意味着力会导致更多的变形而不是完全成比例的——当你刚刚开始研究这个主题时，胡克定律是最重要的理解！

每次你需要做某事时，你都应该意识到弹性的重要性。毕竟，创建一个过于僵硬以至于在暴风雨中会坍塌的结构，或者一个灵活到无法测量任何东西的尺子，都是没有用的。

正因为如此，了解材料的弹性极限对于几乎任何需要创建或修复对象的任务都至关重要，无论它是像摩天大楼这样的小物体还是大物体。对于车辆和建筑物之类的东西尤其如此。

当它们受到可能来自各种不同来源的极端压力时，我们需要能够依靠这些东西来保持坚固而不会失败。特别是对于工程师来说，研究弹性是必不可少的，因为它可以显着影响这些物品是否适合承受伤害。

胡克定律指出，无论距离有多大，用于使弹性物品变形的力都应与变形距离成正比。物理学和材料科学中的弹性是指物体承受引起变形的力并在力撤消后恢复其原始尺寸的能力。这就是本文的全部内容，其中正在回答以下有关弹性的问题：

我希望您从阅读中学到很多东西，如果是这样，请与他人分享。感谢阅读，再见！

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