Mikä on joustavuus?

Fysiikassa kimmoisuus on kiinteän aineen kyky palata alkuperäiseen muotoonsa sen jälkeen, kun siihen on kohdistettu ulkopuolinen voima ja se on sitten poistettu. Kohde, jolla on korkea joustavuus, voi muuttaa muotoaan paljon ja silti palata alkuperäiseen muotoonsa. Kiinteät aineet, joilla on vain vähän tai ei lainkaan joustavuutta, muodostuvat pysyvästi tai hajoavat, kun niihin kohdistetaan voimaa. Joustavuutta voidaan käyttää myös kuvaamaan prosessien tai järjestelmien kykyä venyä tai olla joustava.

Kiinteiden aineiden, nesteiden ja kaasujen molekyylipohjan vuoksi ne kaikki reagoivat eri tavalla ulkoisiin jännityksiin. Kiinteän aineen muodostavat molekyylit ovat hyvin lähellä toisiaan ja ne löytyvät tarkasta järjestelystä. Tämä tarkoittaa sitä, että on vähän tilaa antaa, kun kiinteään aineeseen kohdistetaan voimaa. Nesteiden ja kaasujen molekyylit leviävät kauemmas toisistaan ​​ja liikkuvat vapaammin kuin kiintoaineiden molekyylit. Kun nesteisiin ja kaasuihin kohdistetaan voimaa, ne voivat joko virrata pois voimasta tai sen ympäriltä tai puristua paljon, toisin kuin useimmat kiinteät aineet.

Kiinteisiin esineisiin voi vaikuttaa kolme eri voimaluokkaa tai jännitystä. Ensimmäinen on jännitys, jota kutsutaan myös venyttelyksi ja joka ilmenee, kun kohteen kumpaankin päähän kohdistetaan yhtä suuret, mutta vastakkaiset voimat. Puristus on toinen jännitystyyppi, joka ilmenee, kun esineeseen kohdistetaan painetta tai jos kiintoaineeseen kohdistuva voima on 90 astetta sen pintaan nähden. Kuvittele, että murskaat tyhjän paperipyyherullan käsiesi väliin molemmin puolin. Lopullinen jännitystyyppi on leikkaus, joka tapahtuu, kun voima on yhdensuuntainen kohteen pinnan kanssa.

Aluksi, kun mihin tahansa voimaan kohdistetaan kiinteää ainetta, se vastustaa ja pysyy alkuperäisessä muodossaan. Kun voimaa lisätään, kiinteä aine ei kykene pitämään vastustaan ​​ja alkaa muuttaa muotoaan tai epämuodostumaan. Aivan kuten erityyppisillä kiinteillä aineilla on erilaiset elastiset ominaisuudet, ne kestävät myös eri voiman tasoja ennen vaikutusta. Lopulta, jos voima on riittävän vahva, epämuodostunut muoto pysyy pysyvänä tai kiinteä aine rikkoutuu.

Se on voiman määrä, joka kohdistetaan kohteeseen, ei kesto, joka määrittää, voiko se palata alkuperäiseen muotoonsa. Kun kiinteä aine ei voi palata alkuperäiseen muotoonsa, sen sanotaan ylittäneen kimmorajansa. Joustava raja on suurin stressin määrä, jonka kiinteä aine voi kestää, jolloin se voi palata normaaliksi. Tämä raja riippuu käytettävän materiaalin tyypistä. Kuminauhoilla on esimerkiksi suuri joustavuus ja siten korkea elastisuusraja verrattuna betonitiiliin, joka on lähes joustamaton ja jolla on hyvin alhainen kimmoraja.