Co to jest elastyczność?

W fizyce elastyczność to zdolność ciała stałego do powrotu do pierwotnego kształtu po przyłożeniu do niego siły zewnętrznej, a następnie usunięciu. Obiekt o wysokim poziomie elastyczności może znacznie zmienić swój kształt, a jednocześnie może powrócić do swojej pierwotnej postaci. Ciała stałe o małej lub zerowej elastyczności albo ulegają trwałemu odkształceniu, albo pękają po przyłożeniu do nich siły. Termin elastyczność może być również użyty do opisania zdolności procesów lub systemów do rozciągania się lub elastyczności.

Ze względu na molekularny skład ciał stałych, cieczy i gazów wszystkie reagują inaczej na naprężenia zewnętrzne. Cząsteczki tworzące ciało stałe są bardzo blisko siebie i znajdują się w precyzyjnym układzie. Oznacza to, że nie ma miejsca na dawanie, gdy siła zostanie przyłożona do ciała stałego. Cząsteczki cieczy i gazów rozprzestrzeniają się dalej i poruszają się swobodniej niż cząsteczki stałe. Gdy siła zostanie przyłożona do cieczy i gazów, mogą one albo odpłynąć od lub wokół siły, albo zostać znacznie ściśnięte, w przeciwieństwie do większości ciał stałych.

Istnieją trzy różne klasy siły lub naprężenia, które mogą wpływać na obiekty stałe. Pierwszym z nich jest napięcie, zwane także rozciąganiem, które występuje, gdy równe, ale przeciwne siły zostaną przyłożone do dowolnego końca obiektu. Kompresja jest drugim rodzajem naprężenia, które występuje, gdy obiekt jest poddawany presji lub siła pchająca ciało stałe jest pod kątem 90 stopni względem jego powierzchni. Wyobraź sobie zmiażdżenie pustej rolki ręczników papierowych między dłońmi z obu stron. Ostatnim rodzajem naprężenia jest ścinanie, które ma miejsce, gdy siła jest równoległa do powierzchni obiektu.

Początkowo, gdy jakakolwiek siła zostanie przyłożona do bryły, będzie się opierać i pozostanie w swoim pierwotnym kształcie. W miarę wzrostu siły ciało stałe nie będzie w stanie utrzymać oporu i zacznie zmieniać kształt lub ulegać deformacji. Podobnie jak różne typy ciał stałych mają różne właściwości sprężyste, mogą one również wytrzymać różne poziomy siły, zanim zostaną naruszone. W końcu, jeśli siła jest wystarczająco silna, zdeformowany kształt stanie się trwały lub bryła pęknie.

To siła, jaką przykłada się do obiektu, a nie czas trwania, określa, czy może on powrócić do swojej pierwotnej postaci. Kiedy bryła nie może powrócić do pierwotnego kształtu, mówi się, że przekroczyła granicę sprężystości. Granica sprężystości to maksymalna ilość naprężenia, którą może wytrzymać ciało stałe, która pozwoli mu powrócić do normy. Limit ten zależy od rodzaju użytego materiału. Gumki mają na przykład wysoką elastyczność, a zatem wysoką granicę sprężystości w porównaniu z betonową cegłą, która jest prawie nieelastyczna i ma bardzo niską granicę elastyczności.