Sprężystość i plastyczność

Co się dzieje, gdy rozciągasz gumkę? Gumka zmienia kształt, deformuje się w wyniku siły, której używasz. A kiedy przestajesz ją rozciągać, gumka ponownie kurczy się. Wraca do swojego początkowego kształtu, kiedy przestajesz ciągnąć. Materiały, które mają taką właściwość nazywamy materiałami elastycznymi.

Jeśli rozciągasz gumę do żucia, ona także ulegnie deformacji. Ale kiedy przestaniesz ją rozciągać, guma pozostaje w nowej, rozciągniętej formie. Taki rodzaj materiału, który uzyskuje nowy kształt nazywamy plastycznym. A co z piłką tenisową? Jeśli zrobisz placem wgniecenie na jej powierzchni, piłka wraca do swojego początkowego kształtu, gdy przestaniesz naciskać.

Powierzchnia piłki jest elastyczna. A co się stanie, kiedy upuścisz piłkę? Kiedy piłka uderza o podłogę, jej powierzchnia jest ściskana. Powierzchnia piłki jest elastyczna, więc od razu wraca do początkowego kształtu. Powierzchnia naciska na podłoże, powodując, że piłka unosi się do góry.

To właśnie elastyczność piłki sprawia, że piłka odbija się z taką łatwością. Jeśli jednak wciśniesz palec w kawałek gliny, pozostanie w nim wgłębienie. Glina jest materiałem plastycznym. Kiedy glina uderzy o podłogę, jej powierzchnia również ulega spłaszczeniu, a skoro pozostaje już w takiej formie, to glina prawie wcale nie odbija się od podłogi. Metalowa sprężyna także jest elastyczna.

Jeśli będziemy ją rozciągać i puścimy ją, sprężyna wróci do swojej początkowej długości. Im mocniej chcemy rozciągnąć sprężynę, tym większej potrzebujemy do tego siły. Związek między rozciąganiem i siłą można pokazać za pomocą wykresu. Jeśli nie użyjemy żadnej siły, sprężyna pozostanie w swoim początkowym kształcie, w pozycji równowagi. Kiedy zaczniemy ją rozciągać, siła będzie rosła.

Jeśli sprężyna będzie rozciągana i wydłuży się dwukrotnie, to użyta do tego siła również będzie dwukrotnie większa. Na wykresie widać to w postaci linii prostej - między sprężyną i siłą istnieje zależność liniowa. Jednakże, kiedy sprężyna zostanie za bardzo rozciągnięta, zaobserwujemy coś innego. Sprężyna będzie rozciągana, ale siła nie będzie już wzrastać proporcjonalnie. Nie będzie już między nimi zależności liniowej.

Ten punkt nazywa się granicą sprężystości. Kiedy przestaniemy rozciągać sprężynę, nie powróci ona całkowicie do swojego początkowego kształtu. Jeśli przy rozciąganiu przekroczymy granicę sprężystości sprężyny, nie jest ona już w pełni elastyczna. Wiele elastycznych materiałów ma granicę sprężystości. Jak ten metalowy drut.

Dopóki działa na niego niewielka siła, drut pozostaje elastyczny. Ale kiedy drut osiąga granicę sprężystości, w pewnej części staje się cieńszy: na drucie pojawia się odkształcenie. Odkształcenia nie wracają do swojego początkowego kształtu, nawet jeśli nie działa na nie już żadna siła. W takim przypadku powstaje deformacja plastyczna. Siła może zdeformować przedmiot.

Materiały, które zachowują nowy kształt nazywamy materiałami plastycznymi. Materiały, które odzyskują początkowy kształt po deformacji nazywamy materiałami elastycznymi. Wiele materiałów elastycznych ma granicę, po przekroczeniu której przestają być całkowicie elastyczne, i jest to właśnie granica elastyczności. Jeśli materiały ją przekroczą, zaczynają zachowywać się jak materiały plastyczne i zostają trwale zdeformowane.