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과학

탄성

탄성과학
영문명
Elasticity
주요 특징
하중 제거 뒤 변형 회복
구분 개념
소성 및 점탄성
선형 근사
응력과 변형률의 비례 관계
탄성은 외부 힘으로 변형된 물체가 힘을 제거한 뒤 원래 상태로 돌아가려는 성질이다. 작은 변형에서 선형 관계로 근사하는 경우가 많지만 모든 탄성 변형이 선형인 것은 아니다.

힘을 빼면 돌아오는가

얇은 자를 조금 휘었다가 놓으면 원래 모습으로 돌아온다. 이런 회복 가능한 변형을 탄성 변형으로 볼 수 있다. 너무 큰 힘으로 휘어 영구적인 변형이 남는 경우와는 다르다.

얼마나 잘 늘어나거나 휘어지는지와 변형이 회복되는지는 다른 관점이다. 매우 단단한 재료도 작은 범위에서 탄성을 보일 수 있고, 잘 늘어나는 재료도 조건에 따라 영구 변형을 남길 수 있다.

응력과 변형률

재료의 변형을 비교할 때는 힘 자체뿐 아니라 단위 면적당 힘인 응력과 원래 크기에 대한 상대적 변형인 변형률을 이용한다. 같은 힘도 단면적과 형태가 다르면 다른 변형을 만들 수 있기 때문이다.

선형이라는 추가 조건

작은 변형 범위에서는 응력과 변형률이 대략 비례할 수 있다. 이 관계를 선형 탄성으로 다룬다. 하지만 탄성이라는 말이 항상 정확한 비례 관계를 뜻하지는 않으며, 큰 변형을 회복하는 비선형 탄성도 있다.

시간과 반복 하중

일부 재료는 하중을 주거나 제거한 뒤 변형이 시간에 따라 달라지는 점탄성을 보인다. 온도와 하중을 가하는 속도도 거동에 영향을 줄 수 있다. 반복 사용 중 피로나 손상이 생길 수 있으므로 한 번 회복됐다는 사실이 무한한 수명을 뜻하지는 않는다.

관련 문서

용수철 / 훅의 법칙 / 위치 에너지 / 압력