สมบัติเชิงกลของสาร (ของแข็ง)

1. สมบัติเชิงกลของสาร
(ของแข็ง)
• กฎของ Hook
• ความเค้น
• ความเครียด
• โมดูลัสยัง
จัดทาโดย
นางสาวสุกาญจนา อ้นบางใบ
โรงเรียนโพธิสารพิทยากร

2. สมบัติเชิงกลของของแข็ง
• สะพานพระรามแปด ข้ามแม่น้าเจ้าพระยา
–วิศวกรใช้ความรู้เกี่ยวกับสมบัติเชิงกลของวัสดุ
• เลือกวัตถุที่มีสมบัติสภาพยืดหยุ่นเหมาะสมกับงาน
• ทนต่อแรงภายนอกได้มาก (ท้าให้รูปร่างเปลี่ยนได้ยาก)

3. สมบัติเชิงกลของของแข็ง
• สภาพยืดหยุ่นของของแข็ง
–วัสดุที่มีการเปลี่ยนรูปร่างเมื่อมีแรงกระท้าสามารถ
คืนกลับตัวสู่รูปร่างเดิมเมื่อหยุดออกแรงกระท้า
เรียกว่า สภาพยืดหยุ่น (elasticity)
–วัสดุเปลี่ยนรูปร่างไปอย่างถาวร โดยผิววัสดุไม่มี
การฉีกขาดหรือแตกหัก เรียกสมบัตินี้ว่า สภาพ
พลาสติก ( plasticity )

4. สมบัติเชิงกลของของแข็ง
• สภาพยืดหยุ่นของของแข็ง
–เมื่อ ดึงวัสดุชนิดต่าง เช่น สปริง
• ก่อนสปริงถูกดึง
• สปริงถูกยืดจนใกล้ขีดจ้ากัดสภาพยืดหยุ่น
• สปริงถูกยืดจนเกินขีดจ้ากัดสภาพยืดหยุ่น

5. สมบัติเชิงกลของของแข็ง
• สภาพยืดหยุ่นของ * จุด a คือ ขีดจ้ากัดการแปร
ผันตรง (Proportional limit) ซึ่ง
ของแข็ง เป็นต้าแหน่งสุดท้ายที่ความยาวสปริง
–เมื่อ ดึงวัสดุชนิดต่าง ยืดออก แปรผันตรงกับขนาดของแรง
เช่น สปริง ดึง
*จุด b คือขีดจ้ากัดสภาพยืดหยุ่น
(Elastic limit) ซึ่งเป็นต้าแหน่งสุดท้ายที่
สปริงยืดออกแล้วกลับสู่สภาพเดิม แต่แรง
ดึงไม่แปรผันตรงกับระยะยืด
*จุด C คือ จุดแตกหัก
(Breaking point) หมายถึงตั้งแต่
จุด b เป็นต้นไป ถ้าดึงต่อไปก็ถึงจุด
c ซึ่งเป็นจุดที่เส้นวัสดุขาด

6. สมบัติเชิงกลของของแข็ง
• กฎของฮุก ( Hooke’ s law)
– เมื่อออกแรงดึงหรือกดสปริง พบว่าแรงที่กระท้าต่อสปริง F
มีความสัมพันธ์กับความยาวที่เปลี่ยน
– กราฟช่วง oa เป็นไปตามกฎของฮุก

7. สมบัติเชิงกลของของแข็ง
• ช่วง ob เรียกว่า การผิดรูปแบบ
ยืดหยุ่น (elastic
deformation)
• ช่วง bc เรียกว่า การผิดรูปแบบ
พลาสติก (plastic
deformation)

8. สมบัติเชิงกลของของแข็ง
• แรงที่ท้าให้วัตถุผิดรูป
–แรงดึง (tensile force)
–แรงอัด (forces of compression)
–แรงเฉือน (shear force)

9. ความเค้นและความเครียด
• ความเค้น ( Stress )
–แรงต้านภายในเนื้อวัสดุที่มีต่อแรงภายนอกที่มา
กระท้าต่อหน่วยพื้นที่ (ผลหารของแรงภายในต่อ
พื้นที่)
• เพื่อความง่าย พูดถึงความเค้นในรูปของแรงภายนอก
ที่มากระท้าต่อหนึ่งหน่วยพื้นที่
–พิจารณาพื้นที่หน้าตัดดังรูป
แรงเค้นปกติและแรงเค้นเฉือน

10. ความเค้น

11. ความเค้น
• ความเค้นปกติ (Normal Stress), ความเค้นตามยาว
–วัตถุที่มีรูปร่างสม่้าเสมอ คงที่ตลอด
–เกิดความเค้นปกติ คงที่กระจายอย่างสม่้าเสมอตลอด
พื้นที่หน้าตัด

12. ความเค้น
• ความเค้นตามยาว (longitudinal stress )
–ความเค้นแบบดึง (tensile stress )
–ความเค้นแบบอัด ( compressive stress )

13. ความเค้น
• ความเค้นเฉือน (Shear
Stress)
– การเคลื่อนที่ผ่านกันของ
วัตถุเมื่อได้รับความเค้น
เฉือน

14. ความเครียด (Strain)
• ความเครียดมี 2 ลักษณะคือ
– ความเครียดตามยาว หรือ ความเครียดเชิงเส้น (linear
Strain)
– ความเครียดเฉือน (Shear Strain)

15. ความเครียด (Strain)
• คือ การเปลี่ยนแปลงรูปร่างของวัสดุ
(Deformation) เมื่อมีแรงภายนอกมากระท้า
(เกิดความเค้น)
–การเปลี่ยนรูปแบบอิลาสติกหรือความเครียดแบบคืน
รูป
• ยางยืด, สปริง
–การเปลี่ยนรูปแบบพลาสติกหรือความเครียดแบบคง
รูป

16. ความเครียด (Strain)
• ความเครียดตามยาว หรือ ความเครียดเชิงเส้น
(linear Strain)
– ความเครียด ณ ต้าแหน่ง ใด ๆ

17. ความเครียด (Strain)
• วัสดุมีพื้นที่หน้าตัดคงที่ตลอดความยาว
– ความเครียดตามยาวที่เกิดขึ้นจะมีค่าคงที่

18. ความเครียด (Strain)
• ความเครียดเฉือน (Shear Strain)
– ใช้กับกรณีที่แรงกระท้ามีลักษณะเป็นแรงเฉือน

19. ความสัมพันธ์ระหว่างความเค้นและความเครียด
• มอดูลัสของยัง (Young’s modulus) หรือ มอดูลัสสภาพยืดหยุ่น
(modulus of elasticity)
S
Young ' sModulus ( E ) 

Unit : N/m2

20. ความสัมพันธ์ระหว่างความเค้นและความเครียด
• Thomas Young ( ค.ศ. 1773 –
1829) นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ ส้าเร็จ
การศึกษาทางแพทย์ แต่สนใจในวิชา
ฟิสิกส์โดยเฉพาะเรื่องแสง ได้ด้ารง
ต้าแหน่งศาสตราจารย์ทางฟิสิกส์ ของ
The Royal Institution และมี
ผลงานในวิชาฟิสิกส์มากมาย เช่นการ
ค้นพบการแทรกสอดของแสง เป็นคน
แรกที่ทดลองวัดความยาวคลื่นของแสง
สีต่าง ๆ และ เป็นผู้พบว่า ภายใน
ขีดจ้ากัดสภาพยืดหยุ่น อัตราส่วน
ระหว่างความเค้นและความเครียดของ
วัสดุหนึ่ง ๆ จะมีค่าคงตัวเสมอ

21. ความสัมพันธ์ระหว่างความเค้นและความเครียด
มอดุลัสของยัง , E
วัสดุ ( x 1011
• มอดูลัสของยังของวัสดุ N/m2 )
บางชนิด
ตะกั่ว 0.16
– บ่งบอกถึงความแข็งแรง
แก้ว 0.55
ทนต่อแรงภายนอกได้มาก
อลูมิเนียม 0.70
ทองเหลือง 0.91
ทองแดง 1.1
เหล็ก 1.9
เหล็กกล้า 2.0
ทังสเตน 3.6

22. สมบัติเชิงกลของสาร
(ของแข็ง)
• กฎของ Hook
• ความเค้น
• ความเครียด
• โมดูลัสยัง
จัดทาโดย
นางสาวสุกาญจนา อ้นบางใบ
โรงเรียนโพธิสารพิทยากร