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Young’s modulus

Young’s modulusは、18世紀のイギリスの医師で物理学者Thomas Youngにちなんで命名された数値定数で、金属棒の場合のように、一方向にのみ張力または圧縮を受けている固体の弾性特性を説明しています。 ヤング率は、縦方向の張力または圧縮の下で長さの変化に耐える材料の能力の尺度である。 弾性率と呼ばれることもありますが、ヤング率は、縦方向の応力をひずみで割った値に等しくなります。 応力およびひずみは、張力下の金属棒の場合には以下のように記述することができる。

断面積Aの金属棒が各端部で力Fによって引っ張られると、棒は元の長さL0から新しい長さLnに伸びます。

断面積Aの金属棒が各端部で力Fによって引っ張られると、棒は元の長さL0から新しい長さLnに伸びます。 (同時に断面が減少する。)応力は、引張力を断面積で割った商、またはF/Aである。 ひずみまたは相対変形は、長さの変化Ln−L0を元の長さで割ったもの、または(Ln−L0)/L0です。 (ひずみは無次元です。)したがって、ヤング率は数学的に表すことができる

張力下の金属棒は長さが増加し、断面が減少する
張力下の金属棒は長さが増加し、断面が減少する

Encyclopedia Britannica,Inc.

ヤング率=応力/ひずみ=(FL0)/A(Ln−L0)。これはフックの弾力性の法則の特定の形式です。

英語のシステムにおけるヤング率の単位は、平方インチあたりのポンド(psi)であり、メートル法では平方メートルあたりのニュートン(N/m2)である。 アルミニウムのヤング率の値は、約1.0×107psi、または7.0×1010N/m2です。 鋼の値は約3倍大きいので、同様の形状のアルミニウム棒と同じ量の鋼棒を伸ばすのに3倍の力がかかることを意味します。

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ヤング率は、応力がひずみに比例する範囲でのみ意味があり、外力が除去されると材料は元の寸法に戻ります。 応力が増加するにつれて、材料は流れ、永久変形を受けるか、または最終的に破損する可能性があります。

張力下の金属棒が伸長すると、その幅はわずかに減少する。 この横方向の収縮は、幅の変化を元の幅で割ったものに等しい横方向の歪みを構成する。 縦ひずみに対する横ひずみの比は、ポアソン比と呼ばれる。 鋼のポアソン比の平均値は0.28であり、アルミニウム合金の場合は0.33である。 ポアソン比が0.50未満の材料の体積は、縦方向の張力の下で増加し、縦方向の圧縮の下で減少する。