弾性率(ヤング率)が大きい(高い)と硬いのか?弾性率が小さい(低い)と柔らかいのか?メリットやデメリットは?【弾性率の意味】

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科学的な解析をする際に、専門的な用語を理解していないと対処できないケースが多いです。そのため、きちんと科学用語を学んでおくことが大切です。

例えば、材料力学に関係する言葉として「弾性率(ヤング率)」というものがありますが、この弾性率の意味についてわかっていますか。
ここでは、この「弾性率(ヤング率)が大きいと硬いのか?」「弾性率が小さいと柔らかい(やわらかい)のか」について弾性率のフックの法則を元に確認していきます。

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弾性率(ヤング率)が大きい(高い)と硬いのか?弾性率が小さい(低い)と柔らかいのか?【変形しにくい?】

結論から言いますと、弾性率(ヤング率)が大きい材料ほど硬いといえます。逆に、弾性率が小さい材料ほど、柔らかいといえるわけです。

これは、弾性率を表す式である弾性率におけるフックの法則によって説明することができます。

弾性率のフックの法則とは、材料に応力σをかけた際の歪みεとの間の関係を表す式であり、弾性率(ヤング率)Eを用いて、σ=Eεと表すことができます。

よって、同じ応力σをかけた際に弾性率が大きいと歪みεは小さくなるので、あまり変形しないことを意味します。つまり、硬い材料といえるわけです。

一方で、同じ応力σを与えたと場合に弾性率が小さいと歪みεは大きくなるために、より変形しやすいことがわかります。つまり、柔らかい材料を指しているのです。

このような理屈から、弾性率(ヤング率)が大きい材料は硬く、弾性率が小さい材料は柔らかいと説明することができるのです。

なお、これは弾性率の定義の問題であることを理解しておくといいです。

弾性率(ヤング率)が大きい材料と小さい材料の例

このように、弾性率は定義されているわけですが、その数値が大きいもの(硬いもの)と小さい材料(柔らかいもの)にはどのようなものがあるのでしょうか。

以下で代表例を確認していきます。

弾性率(ヤング率)が大きい材料(硬い材料)の例

弾性率が大きい材料の例としては、

・金属類全般
・セラミックス全般
・鉱物全般

などが挙げられます。

以下のようなものです。

なお、一般的には硬い材料は脆いことが多く、ある力を超えるまではほとんど変形せずに、ある力を超えると一気に破損するような状況になりやすいです。

弾性率の大きい材料は変形が望まれない場所に使用されることが基本です。

弾性率(ヤング率)が小さい材料(柔らかい材料)の例

弾性率が小さい材料の例としては、

・木材全般
・ゴム類全般
・樹脂類全般

などが挙げられます。

なお、一般的には柔らかい材料は伸びるため破損することが少なく、力を加えることによって徐々に伸びるイメージをするといいです。

弾性率の大きい材料はより柔軟性が求められる場所に基本的に使用されます。

まとめ

ここでは、弾性率が大きいことは硬い材料なのか、弾性率が小さいことはやわらかい材料を意味するのかについて確認しました。

・弾性率が大きいこと:硬い材料

・弾性率が小さいこと:柔らかい材料

といえます。

各科学的な専門用語を理解して、毎日の生活に役立てていきましょう。

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