Deformacija

Tlačne sile stvaraju deformaciju na tijelo koje ga skraćuju, ali istovremeno ga i šire.

Dijagram naprezanja (σ - vlačnog naprezanja i ε - linijske vlačne deformacije) za tipični neželjezni materijal:
1: Stvarna granica elastičnosti
2: Granica proporcionalnosti
3: Granica elastičnosti
4: Granica razvlačenja ili σ_0,2 (naprezanje pri kojem nastaje trajno produljenje od 0,2% prvobitne dužine šipke ili štapa)

Deformacija (lat. deformatio: izobličenje, nagrđivanje), u fizici, je promjena oblika tijela (rastezanje, svijanje, sukanje i drugo) pod utjecajem vanjskih ili unutarnjih sila. Može biti elastična, kada se nakon prestanka djelovanja sile tijelo vraća u prvobitni oblik, i neelastična, kada deformirani oblik ostaje i nakon prestanka djelovanja sile (plastičnost).

Duljinska elastična deformacija (znak ε) fizikalna je veličina koja opisuje relativnu promjena duljine izduljenoga elastičnog tijela: ε = ΔL/L₀, gdje je ΔL promjena duljine nakon djelovanja sile, a L₀ početna duljina. Može se opisati Hookeovim zakonom. Mjerna je jedinica duljinske elastične deformacije broj jedan.

Volumna elastična deformacija (znak θ) fizikalna je veličina koja opisuje relativnu promjena volumena elastičnog tijela: θ = ΔV/V₀, gdje je ΔV promjena volumena nakon djelovanja sile, a V₀ početni volumen. Mjerna je jedinica volumne elastične deformacije broj jedan.

Hookeov zakon

Hookeov zakon je zakonitost koja opisuje ovisnost promjene oblika čvrstoga tijela u obliku štapa o djelovanju vanjske sile, što ju je utvrdio Robert Hooke. Opterećenjem izazvano naprezanje σ razmjerno je deformaciji ε, odnosno:

$\sigma =E\cdot \varepsilon$

Faktor razmjernosti E je modul elastičnosti i karakterističan je za pojedini materijal. Do određene granice naprezanja Hookeov zakon može se primijeniti na većinu konstrukcijskih materijala. Za složenija opterećenja tijela različitih oblika rabi se Hookeov zakon u poopćenom obliku, koji se izražava s više skalarnih linearnih jednadžba.

Dijagram naprezanja

Dijagram naprezanja prikazuje medusobnu ovisnost σ - vlačnog naprezanja i ε - relativnog produljenja ili linijske vlačne deformacije. U materijalu koji je opterećen nekom silom F nastaju naprezanja σ koja uzrokuju njegovo rastezanje. Naprezanje σ je omjer sile F i ploštine A presjeka štapa ili šipke (okomitog na smjer sile).

$\sigma ={\frac {F}{A}}$

Zbog djelovanja sile F (a time nastalog naprezanja σ) štap ili šipka će se od početne duljine L₀ rastegnuti na duljinu L. Tako je produljenje štapa ili šipke:

$\varepsilon ={\frac {\Delta L}{L_{0}}}={\frac {L-L_{0}}{L_{0}}}$

Relativno produljenje ε (duljinska ili uzdužna deformacija) štapa ili šipke je produljenje s obzirom na početnu duljinu L_o. Početno je naprezanje linearno (deformacija je izravno razmjerna naprezanju). U području linearnog rastezanja (Hookeov zakon) materijal je elastičan i nakon prestanka djelovanja sile, odnosno naprezanja, on se vraća u početno stanje. Youngov modul elastičnosti je omjer naprezanja i relativnog produljenja (u području elastičnosti).

Tehnička granica elastičnosti je naprezanje pri kojem osjetljiva mjerila osjete prvo primjetno trajno produljenje materijala (pri još nepromijenjenom presjeku A_o). Nakon te granice (obično na kraju linearnog rastezanja) materijal se rasteže plastično i nakon prestanka djelovanja sile ne vraća se više na početnu duljinu L₀, već ostaje određeno trajno produljenje, uz suženje presjeka, A < A₀).