Was ist ein elastischer Körper?

Elastizität ist die Fähigkeit, sich mit vollständiger Reversibilität zu verformen - die Fähigkeit, in eine Form oder einen Zustand zurückzukehren, der derjenigen entspricht, bevor eine aufgebrachte Kraft das Objekt oder den Körper inkrementell verformt. Ein Beispiel für einen elastischen Körper, der dieser Beschreibung zumindest annähernd entspricht, ist eine Billardkugel, die nach einer Kollision mit einer anderen Billardkugel wieder ihre ursprüngliche Form annimmt. Ein weiteres Beispiel für einen elastischen Körper ist eine Feder oder ein Elasthan-Bund. Diese nehmen nach einer Kompression oder Dehnung wieder ihre Form an. Das physikalische Prinzip ist das Hookesche Gesetz.

In Bezug auf die lineare Elastizität besagt das Hookesche Gesetz, dass eine auf eine Feder äquivalente Kraft gleich dem negativen Produkt der Feder oder der Geschwindigkeitskonstante multipliziert mit der Koordinatenänderung für die Dimension ist, in der die Kraft angewendet wird. Für eine Feder, die von ihrem Ruhepunkt aus in x-Richtung deformiert ist, gilt das Hookesche Gesetz F = ‒kx. Da es mit einem elastischen Körper vergleichbar ist, kehrt die Feder, wenn sie masselos ist, zu ihrem Entspannungspunkt zurück, wenn die Kraft abgeschnitten wird. Wenn andererseits eine Masse an der Feder befestigt ist, bewegt sich der Gegenstand, wenn er freigegeben wird, über den Entspannungspunkt hinaus und oszilliert vor und zurück, bis die innere Reibung den Prozess beendet. Objekte in der realen Welt können leicht über ihre Elastizitätsgrenze hinaus gedrückt werden.

Wenn ein elastischer Körper mit einem anderen elastischen Körper kollidiert, sind Deformationen in beiden Körpern vorübergehend und die kinetische Energie bleibt erhalten. Wenn bei einer solchen Kollision beide Objekte die gleiche Masse haben und das Objekt Nr. 1 mit der Geschwindigkeit V ₁ auf das Objekt Nr. 2 mit der Geschwindigkeit V ₂ auftrifft, kommt das Objekt Nr. 1 zum völligen Stillstand und sein gesamter Impuls wird auf das Objekt übertragen # 2. Eine klassische Demonstration hierfür ist eine Gruppe von Pendeln, die aus Fäden bestehen, die an derselben Stelle oben gebunden sind und an Metallkugeln mit gleicher Masse an ihrer Unterseite befestigt sind und sich gegenseitig berühren. Wenn das am weitesten links stehende Pendel beim Auftreffen auf den nächsten Ball geschwenkt wird, wird sein gesamter Schwung auf den nächsten Ball übertragen, der sich beim Auftreffen auf den dritten Ball überträgt, und so weiter. Schließlich bewegt sich der letzte Ball mit der ganzen Energie des ersten Pendels nach rechts. Diese Ausstellung ist als Newtons Wiege bekannt.

Eine weitere Demonstration der Elastizität besteht darin, einen Elfenbeinball auf eine sehr harte, ebene Oberfläche zu prallen, die mit Öl eingerieben wurde. Elfenbein hat einen ungewöhnlich hohen Elastizitätskoeffizienten. Der Ball springt fast auf seine ursprüngliche Höhe zurück, was den minimalen Verlust an kinetischer Energie während des Vorgangs veranschaulicht. Ein Objekt, das über seine Elastizitätsgrenze hinaus gezwungen wird, kann sich plastisch verformen, wodurch Änderungen dauerhaft sind. Bei Metallen führen solche bleibenden Verformungen häufig zu atomaren Versetzungen in der Kristallmatrix.