ヤング率、引張強度

固体の性質として、ヤング率と引張強度がある。これらの特性は、材料科学、機械工学、建築、物理学などの分野で重要な役割を担っている。これらの分野で活躍するためには、これらの概念を正しく理解することが重要です。ここでは、ヤング率と引張強さとは何か、その定義、ヤング率と引張強さの用途、両者の類似点、最後にヤング率と引張強さの違いについて説明します。

ヤング率

ヤング率とは、材料の剛性を評価するために用いられる非常に貴重な材料特性である。ヤング率とは、物体にかかる圧力（応力）と、その物体にかかるひずみの比のことである。ひずみは無次元なので、ヤング率の単位は圧力の単位、すなわち1平方メートルあたりのニュートンに等しい。材料によっては、応力の範囲内でヤング率が一定になるものもあります。これらの材料はフックの法則に従うもので、線状材料と呼ばれる。ヤング率が一定でない材料は、非線形材料と呼ばれる。ヤング率は材料の特性であり、物体の特性ではないことを明確に理解する必要がある。同じ材料で作られた異なる物体は、同じヤング率になります。ヤング率とは、物理学者トーマス・ヤングの名前に由来する。また、ヤング率は、材料の単位ひずみあたりに必要な圧力と定義することもできる。ヤング率は偶数単位で測定されるが、あまり使われていない。メガパスカルやギガパスカルなどの大きな単位は便利な単位です。

引張強度

引張強度は、一般的には極限引張強さ（UTS）と呼ばれる。素材は引っ張られると伸びる。材料を引き伸ばす力を応力といいます。究極の引張強度は、材料がネックになる前に耐えられる最大応力である。ネッキングとは、試料の断面が著しく減少することである。これは、試料の分子間結合によって説明できる。応力がかかると、分子間の引力が反対方向に働き、試料の形状を維持する。応力が解放されると、試験片は全体または一部が初期状態に戻る。ネッキングが始まると、分子が引き伸ばされ、分子間力では保持しきれなくなる。その結果、急激なひずみやストレスによるネッキングが発生します。また、引張強度は素材の特性でもある。単位はパスカルだが、実際にはメガパスカルのような大きな単位が使われる。