1. Định Nghĩa Biến Dạng
Khi một vật thể bị kéo giãn, nó sẽ dài ra theo hướng lực kéo.
Lượng kéo giãn này gọi là “Biến dạng”.
Tỷ lệ giữa độ biến dạng và chiều dài ban đầu được gọi là “Độ biến dạng”.
Nói cách khác, độ biến dạng là tỷ lệ kéo giãn của vật thể.
Chúng ta sẽ giải thích cụ thể bằng ví dụ thanh tròn dưới đây.
Giả sử chiều dài ban đầu của thanh tròn là L.
Khi thanh bị kéo, độ kéo giãn là λ (lambda).
Biến dạng có thể tính theo công thức:
Độ biến dạng ε = λ / L
(ε đọc là “epsilon”)
Biến dạng theo hướng kéo gọi là “biến dạng dọc”.
Biến dạng theo phương vuông góc với hướng kéo gọi là “biến dạng ngang”.
Ở phương vuông góc với lực kéo, thanh tròn sẽ co lại.
Tỷ lệ co này chính là biến dạng ngang:
Biến dạng ngang ε = δ / D
Trong đó:
- D: Đường kính ban đầu của thanh
- δ: Lượng co rút
2. Tỷ số Poisson
Khi vật thể bị kéo dài theo một hướng, nó sẽ co lại theo hướng vuông góc.
Ví dụ, khi kéo một tấm cao su như hình dưới, tấm cao su sẽ co lại theo phương ngang.
Tỷ lệ mối quan hệ giữa biến dạng dọc và biến dạng ngang này gọi là tỷ số Poisson.
Tỷ số Poisson có thể tính bằng công thức:
ν = Biến dạng ngang / Biến dạng dọc
(ν đọc là “nu”)
Mỗi vật liệu sẽ có tỷ số Poisson khác nhau do tính chất biến dạng khác nhau.
Dưới đây là một số ví dụ về tỷ số Poisson của các vật liệu phổ biến:
| Vật liệu | Tỷ số Poisson |
|---|---|
| Gang | 0.27 |
| Đồng | 0.343 |
| Nhôm | 0.345 |
| Cao su | 0.46 ~ 0.49 |
Vật liệu càng dễ kéo giãn, tỷ số Poisson càng lớn.
3. Biến dạng do nén
Biến dạng do nén cũng được tính giống như biến dạng khi kéo giãn.
Khi chịu lực nén (ngược với lực kéo), vật thể sẽ bị nén lại.
Giả sử độ co là λ, độ biến dạng ε sẽ là:
ε = λ / L
(λ là độ co, L là chiều dài ban đầu)
4. Biến dạng do cắt
Khi vật thể bị tác động theo phương cắt như hình dưới,
nếu quan sát chi tiết, ta sẽ thấy hình dạng của vật thể bị biến thành hình thoi.
Giả sử chiều dài ban đầu là L, độ trượt là λ, và góc lệch là θ,
Độ biến dạng do cắt γ được tính bằng:
γ = λ / L
(γ đọc là “gamma”)
Vì λ / L = tanθ, và với góc nhỏ thì tanθ ≈ θ,
nên có thể coi biến dạng do cắt tương đương với góc biến dạng θ.
5. Tổng kết
Trong phần này, chúng ta đã tìm hiểu về biến dạng .
Biến dạng là chỉ số thể hiện mức độ thay đổi hình dạng của vật thể khi chịu lực.
Thông qua việc đo độ biến dạng, ta có thể tính toán ứng suất tác động lên vật thể.
Nói cách khác, ứng suất và biến dạng có mối quan hệ chặt chẽ với nhau.
Chỉ cần biết một trong hai, ta có thể tính được giá trị còn lại.
Ở trang tiếp theo, chúng ta sẽ tìm hiểu chi tiết về mối quan hệ này.
