elastisitet (fysikk)

I elastiske legemer har de deformerende kreftene motkrefter i form av elastiske krefter inne i legemet. Disse skyldes at legemets atomer eller molekyler forskyves fra sin likevektsstilling. Elastiske krefter per flateenhet kalles spenninger.

Når en stav med lengde l og tverrsnitt A trykkes sammen eller strekkes i lengderetningen av en kraft F, blir spenningen S = F/A. Etter Hookes lov, som har god gyldighet ved relativt små deformasjoner, er deformasjonen proporsjonal med den deformerende kraft, slik at lengdeforandringen Δl er gitt ved

Δl /l =(1/E)· S

Hvor E er en størrelse som avhenger av materialet og kalles elastisitetsmodulen eller Youngs modul. Denne er meget stor for stål, mindre for eksempel for kobber og aluminium og særlig liten for myk gummi og geléaktige stoffer.

På tilsvarende måte kan man angi uttrykk for andre former for deformasjon: en skjærmodul for skjærspenninger, en torsjonsmodul for vridning og en volummodul for endring i volum. Skjærspenninger oppstår ved tverrbelastning når de ytre krefter som holder hverandre i likevekt er parallellforskjøvet i forhold til hverandre. Volummodulen har særlig betydning for væsker og plastiske legemer.

Hvis spenningen øker over elastisitetsgrensen eller flytegrensen, får ikke legemet tilbake sin opprinnelige form etter kraftens opphør. Da slutter deformasjonen å være elastisk, og legemet vil ved fortsatt belastning deformeres sterkt og nå bruddgrensen hvor det brytes i stykker.

Noen verdier for elastisitetsmodul, elastisitetsgrense og bruddgrense er oppgitt i tabellen. Siden elastiske egenskaper er sterkt avhengig av temperatur, renhetsgrad med mer, vil oppgitte verdier for slike størrelser kunne variere sterkt. Ved alle tekniske konstruksjoner må man derfor påse at aktuelle belastninger ligger tilstrekkelig langt under de kritiske verdier.

Hvis et elastisk legeme utsettes for gjentatte formforandringer, for eksempel bøyninger frem og tilbake, inntrer til slutt brudd selv om hver enkelt bøyning ikke går ut over det som er tillatt. Dette kalles elastisk tretthet, og har stor betydning i teknikken. Det er dette som vanligvis begrenser levetiden for konstruksjonsdeler som fjærer og aksler.

I mange tilfeller går ikke deformasjonen helt tilbake igjen når påkjenningen opphører, det blir tilbake en varig, plastisk forandring. I andre tilfeller går deformasjonen tilbake, men langsommere og langsommere på grunn av indre friksjon i materialet (elastisk ettervirkning, viskoelastisitet). Strekk/forlengelseskurven ved stigende belastning vil da være forskjellig fra kurven ved avtagende belastning, og arealet mellom de to kurvene representerer den energi som går tapt som varme på grunn av indre friksjon. Denne form for hysterese kalles elastisk hysterese.

Væsker og gasser gjør ingen merkbar motstand mot formforandring og har derfor ingen formelastisitet. Derimot motsetter de seg en volumforandring, de har volumelastisitet. For å endre volumet av væsker kreves det store trykk, men ikke så store som for faste legemer. Volumendring av gasser krever mindre trykk.

Tallene er oppgitt i newton per kvadratmillimeter (N/mm²) og refererer til det opprinnelige tverrsnittet av materialene.

• mekanikk