탄성에 대하여 레포트
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탄성에 대해 정리한 문서입니다.
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- 목차
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1.탄성의 정의
2.탄성계수
3.훅의 법칙
- 본문내용
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1. 탄성의 정의
외력(外力)에 의해 모양과 부피가 변형된 물체가 힘을 제거하였을 때 본래의 상태로 되돌아가려는 성질. 이때 본래의 상태로 돌아가는 변형을 탄력변형이라 한다. 변형의 종류에 따라 부피탄성과 형상탄성이 있으며 고체에서는 예외 없이 나타나며 보통의 액체나 기체의 경우 일반적인 변형에 대해서는 탄성을 나타내지 않지만 정수압(靜水壓;모든 방향에 똑같은 압력)에 의한 부피의 변화에 대해서는 탄성을 나타낸다.
1) 변형․변형력
변형에는 늘어남을 나타내는 것과 층 밀리기를 나타내는 것이 있는데, 층 밀리기를 나타내는 것은 위아래로 늘어선 원자의 위치가 옆방향 으로 어긋나는 것으로 물체내 한 부분에 그 인접한 부분으로부터의 힘이 가해져 변형되는 것이다. 늘어남의 변형력(응력)은 힘을 받는 면에 수직으로 작용하는 것이고 층 밀리기 변형력은 면에 평행으로 작용하는 것이다.
그러나 힘을 점차 크게 가하면 어느 단계 이상에서는 외력을 제거하더라도 변형이 그대로 남는다. 이때의 변형을 영구변형 또는 잔류변형이라고 하며 그러한 성질을 소성(塑性)이라고 한다. 이는 외력에 의해 원자끼리의 연결이 바뀌어 새로운 안정된 형태로 옮겨가기 때문에 발생하는 것으로, 이처럼 탄성을 나타낼 수 있는 변형력의 한계를 탄성한계라 한다. 금속 등에서는 탄성한계를 넘어선 변형력이 어느 값에 도달하면 변형력이 일정하게 유지되어도 급격히 영구변형이 증가하는데 이때의 변형력을 항복점(降伏點)이라 한다.
한편 탄성한계내의 변형력을 가한 다음 이 힘을 제거하면 영구변형은 생기지 않는다 하더라도 본래의 평형상태로 되돌아가는 데는 어느 정도의 시간이 걸린다. 이러한 현상을 탄성의 남은 효과라 한다. 또 동일한 경우에 변형력․변형곡선의 오름 곡선과 내림곡선이 일치하지 않기도 하는데 이러한 현상을 탄성 히스테리시스 또는 탄성이력(彈性履歷)이라 부른다. 물체내 원자의 배치는 에너지가 가장 낮은 상태에 있으며 힘을 가하여 원자의 배치를 조금 변화시키면 에너지가 높은 상태로 된다.
따라서 변형이 생기게 하려면 힘을 받는 면에 에너지 증가분 만큼의 일을 해야 한다. 이것이 변형력이 필요한 이유이다. 즉 힘을 받아 일시적으로 변형되고 있는 물체는 밖으로부터의 힘을 잠재적 에너지로 저장하고 있는 상태에 있는데 이를 탄성에너지 또는 변형에너지라 한다. 결국 탄성이 풍부한 물체란 변형을 주었을 때 탄성에너지를 가지는 물체를 말한다.
변형이 작은 범위에서는 변형력과 변형의 크기 사이에 비례관계가 성립하는데 이것을 나타낸 것이 훅의 법칙이며 그때의 비례계수는 탄성계수를 나타내는 것이다. 변형력이 어느 크기를 넘으면 훅의 법칙이 성립되지 않는데 그 한계를 비례한계라 한다.
그 값은 탄성한계와 거의 같지만 일반적으로 조금 작다. 비례한계를 넘는 변형이 큰 곳에서는 고차탄성(高次彈性)을 생각해야 하지만 보통 탄성한계의 범위 안에서는 근사적으로 비례관계가 성립한다. 탄성계수로는 영률(늘어나기 탄성률), 강성률(층밀리기 탄성률), 정수압에 의한 부피 변화의 비율을 나타내는 부피탄성률이 있다. 또한 물체를 어떤 방향으로 늘어나거나 줄어들게 만들면 그 방향과 수직이 되는 방향으로 반대 부호의 변형(늘어나기에 대해서는 줄어들기, 줄어들기에 대해서는 늘어나기)이 생기는데, 이 2가지 변형의 비율을 푸아송의 비라 한다.
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