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Youngs Modul

Youngs Modul, numerische Konstante, benannt nach dem englischen Arzt und Physiker Thomas Young aus dem 18.Jahrhundert, die die elastischen Eigenschaften eines Festkörpers beschreibt, der nur in einer Richtung gespannt oder komprimiert wird, wie im Fall eines Metallstabs, der nach dem Dehnen oder Komprimieren der Länge zu seiner ursprünglichen Länge zurückkehrt. Der Elastizitätsmodul ist ein Maß für die Fähigkeit eines Materials, Längenänderungen unter Längsspannung oder -kompression standzuhalten. Der Elastizitätsmodul von Young wird manchmal als Elastizitätsmodul bezeichnet und entspricht der Längsspannung geteilt durch die Dehnung. Spannung und Dehnung können im Falle einer unter Spannung stehenden Metallstange wie folgt beschrieben werden.

Wird ein Metallstab der Querschnittsfläche A an jedem Ende mit einer Kraft F gezogen, so dehnt sich der Stab von seiner ursprünglichen Länge L0 auf eine neue Länge Ln aus. (Gleichzeitig nimmt der Querschnitt ab.) Die Spannung ist der Quotient der Zugkraft geteilt durch die Querschnittsfläche oder F/A. Die Dehnung oder relative Verformung ist die Längenänderung Ln − L0 geteilt durch die ursprüngliche Länge oder (Ln − L0) / L0. (Dehnung ist dimensionslos.) Somit kann der Elastizitätsmodul mathematisch ausgedrückt werden als

Unter Spannung stehender Metallstab nimmt an Länge zu und nimmt an Querschnitt ab
Unter Spannung stehender Metallstab nimmt an Länge zu und nimmt an Querschnitt ab

Encyclopædia Britannica, Inc.

Elastizitätsmodul = Spannung/Dehnung = (FL0)/A(Ln − L0).

Dies ist eine spezifische Form des Hookeschen Elastizitätsgesetzes. Die Einheiten des Elastizitätsmoduls im englischen System sind Pfund pro Quadratzoll (psi) und im metrischen System Newton pro Quadratmeter (N / m2). Der Wert des Elastizitätsmoduls für Aluminium beträgt etwa 1,0 × 107 psi oder 7,0 × 1010 N / m2. Der Wert für Stahl ist etwa dreimal größer, was bedeutet, dass es dreimal so viel Kraft braucht, um eine Stahlstange in der gleichen Menge wie eine ähnlich geformte Aluminiumstange zu dehnen.

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Der Elastizitätsmodul ist nur in dem Bereich sinnvoll, in dem die Spannung proportional zur Dehnung ist und das Material zu seinen ursprünglichen Abmessungen zurückkehrt, wenn die äußere Kraft entfernt wird. Wenn die Spannungen zunehmen, kann das Material entweder fließen, sich dauerhaft verformen oder schließlich brechen.

Wenn ein unter Spannung stehender Metallstab verlängert wird, nimmt seine Breite leicht ab. Diese seitliche Schrumpfung stellt eine Querdehnung dar, die gleich der Änderung der Breite geteilt durch die ursprüngliche Breite ist. Das Verhältnis der Querdehnung zur Längsdehnung wird als Poisson-Verhältnis bezeichnet. Der Durchschnittswert des Poisson-Verhältnisses für Stähle beträgt 0,28 und für Aluminiumlegierungen 0,33. Das Volumen von Materialien mit Poisson-Verhältnissen von weniger als 0,50 nimmt unter Längsspannung zu und unter Längskompression ab.