Vervorming versus spanning | Elastische vervorming en plastische vervorming, de wet van Hooke
Vervorming is het veranderen van de vorm van een lichaam door de krachten en druk die erop worden uitgeoefend. Spanning is de kracht die wordt gecreëerd door de elasticiteit van een object. Zowel vervorming als spanning zijn twee zeer belangrijke concepten die worden besproken onder materiaalwetenschap. Deze concepten zijn van vitaal belang bij het begrijpen van onderwerpen als materiaalkunde, werktuigbouwkunde, civiele techniek en zelfs biologische wetenschappen. De bijdrage van vervorming en spanning aan deze wetenschappen is enorm, en deze concepten zijn van vitaal belang om op deze gebieden uit te blinken. In dit artikel gaan we bespreken wat vervorming en rek zijn, hun definities, overeenkomsten van vervorming en rek, en tot slot de verschillen tussen vervorming en rek.
Strain
Wanneer een externe spanning wordt uitgeoefend op een vast lichaam, heeft het lichaam de neiging zichzelf uit elkaar te trekken. Hierdoor wordt de afstand tussen de atomen in het rooster groter. Elk atoom probeert zijn buur zo dichtbij mogelijk te trekken. Dit veroorzaakt een kracht die de vervorming probeert te weerstaan. Deze kracht staat bekend als spanning. Dit effect kan worden verklaard met behulp van de potentiële energie van de bindingen. De bindingen in een materiaal werken als kleine veren. De neutrale positie of de evenwichtspositie van het atoom is wanneer er geen kracht op het object inwerkt. Wanneer een kracht wordt uitgeoefend, worden de bindingen uitgerekt of samengetrokken. Hierdoor wordt de potentiële energie van de bindingen hoger. De potentiële energie die hierdoor wordt gecreëerd, creëert op zijn beurt een kracht die tegengesteld is aan de uitgeoefende kracht. Deze kracht staat bekend als de spanning.
Vervorming
Vervorming is de verandering van de vorm van een object als gevolg van de krachten die erop inwerken. Vervorming komt in twee vormen. Het zijn namelijk elastische vervorming en plastische vervorming. Als een grafiek van spanning versus rek wordt uitgezet, zal de grafiek een lineaire grafiek zijn voor enkele lagere waarden van rek. Dit lineaire gebied is de zone waarin het object elastisch wordt vervormd. Elastische vervorming is altijd omkeerbaar. Het wordt berekend met behulp van de wet van Hooke. De wet van Hooke stelt dat voor het elastische bereik van het materiaal de uitgeoefende spanning gelijk is aan het product van de Young's modulus en de rek van het materiaal. De elastische vervorming van een vaste stof is een omkeerbaar proces, wanneer de uitgeoefende spanning wordt verwijderd, keert de vaste stof terug naar zijn oorspronkelijke staat. Wanneer de grafiek van spanning versus rek lineair is, wordt gezegd dat het systeem zich in de elastische toestand bevindt. Wanneer de spanning echter hoog is, maakt de plot een kleine sprong op de assen. Dit is de limiet waarin het een plastische vervorming wordt. Deze limiet staat bekend als de vloeigrens van het materiaal. Plastische vervorming treedt meestal op als gevolg van het verschuiven van twee lagen van de vaste stof. Dit glijdende proces is niet omkeerbaar. De plastische vervorming staat soms bekend als de onomkeerbare vervorming, maar in feite zijn sommige vormen van plastische vervorming omkeerbaar.
Wat is het verschil tussen rek en vervorming?
• Spanning is kracht, terwijl vervorming de verandering van vorm is.
• Spanning is een meetbare grootheid, terwijl vervorming niet meetbaar is.
• De spanning op een object hangt strikt af van de uitgeoefende externe kracht. De vervorming van een object hangt af van de externe kracht, het materiaal en of het materiaal een elastische vervorming of een plastische vervorming heeft.
