せん断弾性率計算機

せん断弾性率は、通常 \(G\) で表され、材料のせん断応力に対する応答を測定することで、材料の剛性を理解するのに役立ちます。この特性は、材料がせん断力の下でどのように変形するかを理解し、設計や安全基準に影響を与えるため、材料科学、機械工学、土木工学などの分野において非常に重要です。

歴史的背景

せん断弾性率の概念は、材料の変形と元の形状への復帰を研究する弾性力学のより広い分野から来ています。トーマス・ヤング、クロード・ルイ・ナヴィエ、ジョージ・グリーンなどの歴史的人物は、弾性力学理論に大きく貢献し、せん断弾性率の理解への道を切り開きました。

計算公式

材料のせん断弾性率 (\(G\)) を求めるには、次の式を使用します。

\[ G = \frac{F \times L}{A \times D} \]

ここで:

• \(G\) はパスカル (Pa) で表されるせん断弾性率、
• \(F\) はニュートン (N) で表される加えられた力、
• \(L\) はメートル (m) で表される材料の初期長さ、
• \(A\) は力のかかる面積 (平方メートル (m\(^2\)))、
• \(D\) は力によって生じた横変位 (メートル (m)) です。

計算例

鋼鉄製の梁に 500 N の力が加えられた場合を考えてみましょう。梁の初期長さは 2 m、力が加わる断面積は 0.1 m\(^2\)、観測された横変位は 0.002 m です。これらの値を式に代入すると、次のようになります。

\[ G = \frac{500 \times 2}{0.1 \times 0.002} = 5,000,000 \, \text{Pa} \, (5 \, \text{MPa}) \]

重要性と使用例

せん断弾性率は、さまざまな負荷条件下での材料の挙動を予測するのに役立ち、建設、製造、設計に適した材料の選択を支援するため、エンジニアや設計者にとって非常に重要です。これは、特に、建築設計から機械部品の製造に至るまで、さまざまな用途において重要な、せん断力下での材料の変形を理解し予測する上で重要です。

よくある質問

1. せん断弾性率は私たちに何を教えてくれますか？

   • せん断応力下での材料の変形方法を示す材料の剛性を測定します。

2. せん断弾性率はヤング率とはどのように異なりますか？

   • せん断弾性率は材料のせん断応力に対する応答を測定しますが、ヤング率は材料の法線方向 (引張または圧縮) 応力に対する応答を測定します。

3. すべての材料のせん断弾性率を決定できますか？

   • それはすべての材料の基本的な特性ですが、実際には、流体は固体のように単純な方法ではせん断応力に抵抗しないため、流体のせん断弾性率を測定することは困難です。

せん断弾性率を理解することで、さまざまな用途における構造物や材料の耐久性と完全性を確保しながら、産業はせん断応力下での材料挙動をより適切に予測することができます。