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ガラスは硬くて脆い素材です。しかし、高温で溶かして小さな穴を通して非常に細いガラス繊維に素早く引き伸ばすと、非常に柔軟になります。同じガラスなのに、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(折れることはないものとします)。棒の各部分はそれぞれ異なる程度に変形し、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、外側の伸びと内側の圧縮は小さくなります。言い換えれば、同じ曲げ角度の場合、棒が細いほど、局所的な引張または圧縮の変形は小さくなります。ガラスであっても、あらゆる材料は一定程度の連続変形を受けることができますが、脆性材料は延性材料よりも最大変形に耐えることができません。ガラス繊維が十分に細い場合、大きな曲げが発生しても、局所的な引張または圧縮の変形は非常に小さく、材料の耐荷重範囲内にあるため、折れることはありません。

材料の靭性や脆性は絶対的なものではないことがわかる。材料の性能は、その内部組成や構造だけでなく、その大きさにも左右される。さらに、力の作用の仕方といった要因にも関係する。例えば、多くの材料は非常にゆっくりとした外部作用に対しては流体のように振る舞い、速い外部作用に対しては剛体のように振る舞う。したがって、材料特性を分析する際には、具体的な使用状況や影響を受けるシナリオも考慮する必要がある。

投稿日時:2022年7月4日