Spannung

Die auf ein Material ausgeübte Spannung ist die Kraft pro Flächeneinheit, die auf das Material einwirkt. Die maximale Spannung, die ein Material aushalten kann, bevor es bricht, wird Bruchspannung oder Zugspannung genannt.

Zugspannung bedeutet, dass das Material unter Spannung steht. Die darauf einwirkenden Kräfte versuchen, das Material zu dehnen. Kompression bedeutet, dass die auf ein Objekt wirkenden Kräfte versuchen, es zu quetschen.

Die folgende Gleichung wird zur Berechnung der Spannung verwendet.

Spannung = Spannung gemessen in Nm-2 oder Pascal (Pa)
F = Kraft in Newton (N)
A = Quer-Querschnittsfläche in m2

Dehnung

Das Verhältnis von Dehnung zu ursprünglicher Länge wird Dehnung genannt, es hat keine Einheiten, da es ein Verhältnis von zwei in Metern gemessenen Längen ist.

Dehnung = Dehnung hat keine Einheiten
DL = Ausdehnung gemessen in Metern
L = ursprüngliche Länge gemessen in Metern

Spannungs-Dehnungsdiagramm für ein duktiles Material (wie Kupfer)

• L = die Grenze der Proportionalität, Bis zu diesem Punkt gilt das Hooke’sche Gesetz.
• E = Elastizitätsgrenze, jenseits dieses Punktes ist das Material dauerhaft gedehnt und geht nicht mehr auf seine ursprüngliche Länge zurück. Elastisches Verhalten ist, wenn ein Material in seine ursprüngliche Länge zurückkehrt, plastisches Verhalten ist, wenn das gedehnte Material nicht in seine ursprüngliche Länge zurückkehrt.
• Y = Streckgrenze, jenseits dieses Punktes führen kleine Krafterhöhungen zu sehr großen Längenzunahmen.
• B = Bruchgrenze / Bruchspannung, an diesem Punkt bricht das Material.

Spannungs-Dehnungs-Diagramm für ein sprödes Material (wie Glas)

Elastische Dehnungsenergie (in einem gedehnten Draht oder einer Feder gespeicherte Energie)

Die im gedehnten Draht oder in der Feder gespeicherte Energie ist die Fläche unter dem Kraft-Ausdehnungsgraphen, wie wir in der folgenden Gleichung sehen können.

• E = elastische Dehnungsenergie in Joule (J)
• F = Kraft in Newton (N)
• DL = Längenänderung der Länge in Metern (m)

Gummi dehnen

Wenn Gummi gedehnt und wieder losgelassen wird, geht Energie in Form von Wärme verloren; dies nennt man Hysterese. Die Fläche zwischen den beiden Linien ist die verlorene Energie pro Volumeneinheit.