עמיסה של דגימת חומר תוביל למאמצים בתוך הדגימה (stress, σ). מאמצים עלו גורמים לעיבורים של החומר (strain, ε)- החומר מתעוות, מתקצר או נמתח. פירוש הדבר שאם נמדוד 2 נקודות בתוך הדגימה הרי שהמרחק ביניהם יהיה שונה לפני ואחרי הפעלת העומס. אם נרשום את העיבור הנוצר כתלות במאמץ, נקבל עקומה הקרויה עקומת עיבור-מאמץ (strain stress curve). ניתן להבחין בעקומה בשני אזורים: האזור האלסטי והאזור הפלסטי. בתוך האזור האלסטי החומר מתנהגת כמעט כקפיץ והעיבור גדל ביחס ישר למאמץ. התנהגות זו פירושה כי באזור האלסטי בכל נקודה שנבדוק, היחס בין המאמץ לעיבור זהה. ברמה האטומית ניתן לתאר זאת כמתיחה וכפיפה של קשרים בין-אטומיים ללא שבירתם. שחרור של המעמס יגרום לדגימה לחזור למצב ההתחלתי ללא נזק נראה לעין. למעשה נוצר נזק מיקרוסקופי באזורים שונים בהם נוצרו ריכוזי מאמצים; לאחר מספר רב של עמיסות, סדר גודל של עשרות עד מאות אלפים של חזרות, הדגימה תישבר עקב עייפות החומר. אחד מהביטויים המוכרים למצב זה הם שברי מאמץ הנוצרים משילוב של עמיסה במספר רב של חזרות יחד עם זמן מנוחה מועט שאינו מאפשר תיקון (נפוץ בחיילים).
עקומת עיבור-מאמץ.
השיפוע של האזור האלסטי מיצג את היחס בין המאמץ לעיבור, יחס זה מתואר בחוק הוק (E= σ/ ε) במידה ומדובר בקפיץ E=k, כלומר קבוע הקפיץ. בדגימה של חומר היחס מוגדר כ "מודול יאנג" או מודול האלסטיות של החומר (Young's modulus, E). מודול יאנג היא תכונה פנימית וקבועה של החומר שאינה תלויה בצורה או בגודל הדגימה.
במידה ועברנו את הנקודה בה החומר מתנהג באלסטיות העיוות שנוצר נותר קבוע ואנו מגדירים זאת כאזור הפלסטי של החומר. נזק בלתי הפיך זה פירושו שבירה של קשרים בין אטומיים. אזור זה מאופיין ביחס לא ישר בין המאמץ לעיבור; עליה קטנה במאמץ יכולה להוביל לעליה גדולה מאוד בעיבור. האזור הפלסטי תחום בתחילתו בנקודת הכניעה של החומר (yield point) המהווה את הקצה העליון של האזור האלסטי או הנקודה בה הדגימה מתחילה לעבור נזק בלתי הפיך ובסופו בנקודת הכשל שבה העיבור המקסימאלי ולאחריו הדגימה נשברת.
השטח מתחת לעקומה כולה הוא מדד לכמות האנרגיה שהעצם יכולה "לספוג" לפני שהיא נשברת, מדד זה מוגדר כקשיות (toughness) של החומר.
מאת: ד"ר מאיר ברק
המחלקה לביולוגיה מבנית
מכון ויצמן למדע
הערה לגולשים
אם אתם חושבים שההסברים אינם ברורים מספיק או אם יש לכם שאלות הקשורות לנושא, אתם מוזמנים לכתוב על כך בפורום. אנו נתייחס להערותיכם. הצעות לשיפור וביקורת בונה תמיד מתקבלות בברכה.
