معامل يونغ: نظرة عامة
ما هو معامل يونغ
معامل يونغ، المعروف أيضاً باسم معامل المرونة، هو خاصية أساسية تقيس صلابة المادة. ويُعرَّف بأنه نسبة الإجهاد (القوة لكل وحدة مساحة) إلى الانفعال (التشوه النسبي) في منطقة المرونة الخطية لمنحنى الإجهاد والانفعال في المادة. يشير معامل يونج الأعلى إلى مادة أكثر صلابة تتشوه بدرجة أقل تحت الضغط المطبق.
منحنى الإجهاد والانفعال
منحنى الإجهاد-الإجهاد هو تمثيل بياني لاستجابة المادة للإجهاد المطبق. ويتكون عادةً من عدة مناطق:
- المنطقة المرنة: الجزء الخطي الأولي حيث تعود المادة إلى شكلها الأصلي بعد إزالة الإجهاد.
- نقطة الخضوع: الإجهاد الذي يبدأ عنده التشوه الدائم.
- منطقة اللدونة: ما بعد نقطة الخضوع، حيث تتشوه المادة بشكل دائم.
- نقطة الكسر: النقطة التي تنكسر عندها المادة.
يتم تحديد معامل يونغ من ميل منحنى الإجهاد-الإجهاد داخل منطقة المرونة.
العوامل المؤثرة على معامل يونغ
تؤثر عدة عوامل على معامل يونغ، بما في ذلك:
- تركيب المادة: المواد المختلفة لها خصائص صلابة متأصلة.
- درجة الحرارة: بشكل عام، يمكن أن تؤدي الزيادة في درجة الحرارة إلى تقليل معامل يونغ.
- البنية المجهرية:يمكن أن يؤثر حجمالحبيباتوتوزيع الطور على الصلابة.
- الشوائب والعيوب: وجود شوائب أو عيوب يمكن أن يقلل من معامل يونغ.
تطبيقات معامل يونغ
يعد فهم معامل يونغ أمرًا بالغ الأهمية في العديد من التطبيقات الهندسية والعلمية، مثل:
- الهندسة الإنشائية: تصميم المباني والجسور لضمان قدرتها على تحمل الأحمال دون تشوه مفرط.
- علم المواد: تطوير مواد جديدة بخصائص الصلابة المطلوبة.
- الهندسة الميكانيكية: تحليل سلوك المكونات الميكانيكية تحت الضغط.
معامل يونغ، وقوة الشد، وقوة الشد، وقوة الخضوع في المواد المختلفة
|
المواد |
معامل يونغ (GPa) |
قوة الشد (ميجا باسكال) |
قوة الخضوع (MPa) |
|
الصلب (طري) |
200 - 210 |
250 - 550 |
250 - 350 |
|
الفولاذ الكربوني |
200 - 210 |
400 - 1,200 |
250 - 800 |
|
الفولاذ المقاوم للصدأ |
190 - 210 |
500 - 1,500 |
200 - 1,000 |
|
110 - 120 |
500 - 1,400 |
300 - 900 |
|
|
69 |
90 - 570 |
40 - 550 |
|
|
نحاس |
110 |
210 - 400 |
70 - 250 |
|
نحاس |
95 |
200 - 550 |
150 - 300 |
|
برونزي |
100 - 120 |
300 - 800 |
150 - 450 |
|
مغنيسيوم |
45 - 50 |
150 - 350 |
50 - 250 |
|
حديد الزهر |
100 - 200 |
150 - 500 |
100 - 300 |
|
خرسانة |
20 - 30 |
2 - 5 |
10 - 30 |
|
خشب |
9 - 16 |
30 - 150 |
20 - 100 |
|
مطاط |
0.01 - 0.1 |
20 - 30 |
10 - 15 |
|
230 - 500 |
3,500 - 6,000 |
2,000 - 3,500 |
|
|
بولي إيثيلين |
0.2 - 0.8 |
20 - 40 |
10 - 30 |
|
100 - 400 |
200 - 700 |
100 - 300 |
لمزيد من المعلومات، يرجى مراجعة Stanford Advanced Materials (SAM).
الأسئلة المتداولة
ماذا يشير معامل يونغ المرتفع؟
يشير معامل يونغ المرتفع إلى أن المادة شديدة الصلابة ولا تتشوه بسهولة تحت الضغط المطبق.
كيف يتم قياس معامل يونغ؟
يُقاس معامل يونغ من خلال تطبيق إجهاد معروف على مادة ما وقياس الإجهاد الناتج ثم حساب نسبة الإجهاد إلى الإجهاد في منطقة المرونة.
هل يمكن أن يتغير معامل يونغ بمرور الوقت؟
نعم، يمكن أن تتسبب عوامل مثل درجة الحرارة والتقادم وتعب المادة في حدوث تغيرات في معامل يونغ بمرور الوقت.
هل معامل يونغ هو نفسه لجميع أنواع المواد؟
لا، يختلف معامل يونغ اختلافًا كبيرًا بين المواد المختلفة، مما يعكس خصائص الصلابة الفريدة الخاصة بها.
ما أهمية معامل يونغ في الهندسة؟
معامل يونغ ضروري للتنبؤ بسلوك المواد تحت الحمل، مما يضمن تصميم الهياكل والمكونات بأمان وفعالية.
Chin Trento
