Sprężystość - Polski Serwis Naukowy

Sprężystość – właściwość fizyczna ciał odzyskiwania pierwotnego kształtu i wymiarów po usunięciu sił zewnętrznych wywołujących zniekształcenie – czyli zmianie tensora naprężeń towarzyszy zmiana tensora odkształceń i odwrotnie, przy czym zmiany te są w pełni odwracalne. Istotną cechą sprężystości jest zachowanie energii.

Substancja to materia składająca się z obiektów (cząstek, atomów) posiadających masę spoczynkową. Substancją nie jest zatem np. fala lub pole fizyczne (grawitacyjne, elektryczne). Substancja może być jednorodna w sensie chemicznym (np. związek chemiczny) i fizycznym (ośrodek ciągły) albo może być niejednorodna (mieszanina, granulat). Jej skład może być ustalony lub zmienny.

Wiązanie chemiczne według klasycznej definicji to każde trwałe połączenie dwóch atomów. Wiązania chemiczne powstają na skutek uwspólnienia dwóch lub więcej elektronów pochodzących bądź z jednego, bądź z obu łączących się atomów lub przeskoku jednego lub więcej elektronów z jednego atomu na atom i utworzenia w wyniku tego tzw. pary jonowej.

Mikroskopowa natura sprężystości

Między atomami danego materiału o właściwościach sprężystych działają krótkozasięgowe siły o dużych wartościach. Podczas sprężystej deformacji takiego materiału, zmieniają się odległości międzyatomowe i kąty walencyjne (kąty między wiązaniami atomowymi), co w rezultacie wiąże się z dużymi zmianami energetycznymi (energia sprężystości wzrasta). Dlatego deformacje sprężyste są niewielkie i tym niewielkim deformacjom towarzyszą stosunkowo duże siły. Po zaniknięciu siły powodującej odkształcenie sprężyste materiał wraca do swoich poprzednich wymiarów, ponieważ układ dąży do osiągnięcia minimum energii swobodnej. Atomy materiału ponownie zajmą swoje pozycje równowagi (o jak najmniejszej energii).

Energia sprężystości - energia nagromadzona w materiale w wyniku jego odkształceń. Jest funkcją tych odkształceń, choć może być wyrażana w zależności od naprężeń, właściwości materiału, przyłożonych sił. Zależności energii sprężystości od wyżej wspomianych czynników w wielu metodach analiz wytrzymałościowych pozwalają rozwiązywać skomplikowane układy; są często wykorzystywane w metodach numerycznych.

Energia gr. ενεργεια (energeia) – skalarna wielkość fizyczna charakteryzująca pod względem ilościowym stan układu fizycznego (materii) (z punktu widzenia termodynamiki niektóre formy energii są funkcjami stanu i potencjałami termodynamicznymi), stan i wzajemne oddziaływania obiektów fizycznych (ciał, pól, cząstek, układów fizycznych), przemiany fizyczne i chemiczne oraz wszelkiego rodzaju procesy występujące w przyrodzie.

Granica sprężystości

Osobny artykuł: Granica sprężystości.

Jeśli zakres odkształceń danego materiału przekroczy graniczną wartość odkształceń sprężystych, to albo materiał straci swoją ciągłość, czyli pęka, jeśli był kruchy, albo też, jeśli był ciągliwy (plastyczny), nastąpi w materiale przyrost odkształcenia bez przyrostu naprężenia i wejdzie on w zakres deformacji plastycznej (płynięcie), która jest nieodwracalna.

Kruchość — cecha fizyczna ciał stałych (materiałów) polegająca na jego pękaniu i kruszeniu się pod wpływem działającej na nie siły. Kruche materiały absorbują stosunkowo mało energii przed złamaniem, nawet te o dużej wytrzymałości. Łamaniu towarzyszy zwykle głośny dźwięk, trzask. Do typowych materiałów kruchych należą m.in: beton, ceramika, szkło, żeliwo, skały. Typowe materiały sprężyste takie jak np. stal, również stają się kruche po przekroczeniu pewnego progu naprężenia. Z kolei substancje uważane za kruche pozostają sprężyste przy niewielkich odkształceniach. Kryterium podziału substancji na kruche i sprężyste nie jest ostre.

Odkształceniem sprężystym nazywamy takie odkształcenie, które ustępuje po usunięciu siły, która je spowodowała. Odkształcenia sprężyste występują w każdej konstrukcji budowlanej, maszynie, urządzeniu. Najczęściej spotykanymi odkształceniami są: rozciąganie, ściskanie, skręcanie. Reakcją na rozciąganie jest przyciąganie się cząsteczek, zaś na ściskanie odpychanie się. Odkształcenia sprężyste nie występuje w ciałach idealnie plastycznych (ich przybliżeniem jest np. glina).

Sprężystość a elastyczność

Osobny artykuł: Elastyczność (polimery).

Sprężystość czasem mylona jest z elastycznością, z którą mamy do czynienia np. w przypadku gumy. Jednak mikroskopowa natura elastyczności jest inna.

Zobacz też

siła sprężystości

sprężystość doskonała

sprężystość objętościowa

sprężystość opóźniona

sprężystość postaciowa

krzywa naprężenia

plastyczność

kruchość