ガラスは硬くて脆い素材です。しかし、高温で溶かし、小さな穴から素早く引き抜いて極細のガラス繊維にすることで、非常に柔軟になります。ガラスも同様です。なぜ一般的なブロックガラスは硬くて脆いのに、繊維状のガラスは柔軟でしなやかなのでしょうか？これは実は幾何学的な原理でうまく説明できます。
棒を曲げることを想像してみてください（折れないと仮定）、棒のさまざまな部分がさまざまな程度に変形します。具体的には、外側は伸び、内側は圧縮され、軸のサイズはほとんど変わりません。同じ角度で曲げた場合、棒が細いほど、外側の伸びが少なく、内側の圧縮が少なくなります。言い換えれば、細いほど、同じ曲げ度合いでの局所的な引張変形または圧縮変形の度合いが小さくなります。どの材料も、ガラスであっても、ある程度の連続変形を受けることができますが、脆い材料は延性材料よりも最大変形が少なくて済みます。ガラス繊維が十分に細い場合、大きな曲げが発生しても、局所的な引張変形または圧縮変形の度合いは非常に小さく、材料の支持範囲内にあるため、破損することはありません。
材料の靭性と脆性は絶対的なものではないことがわかります。材料の性能は、その内部組成や構造だけでなく、その大きさにも関係しています。さらに、力の作用様式などの要因にも関係しています。例えば、多くの材料は、非常に遅い外部作用の下では流体のように振る舞い、速い外部作用の下では剛体のように振る舞います。したがって、材料特性を分析する際には、具体的な用途や影響を受けるシナリオも考慮する必要があります。
投稿日時: 2022年7月4日
