สมบตัิเชิงกายภาพของสสาร - nssc...ของเหลว...
TRANSCRIPT
![Page 1: สมบตัิเชิงกายภาพของสสาร - NSSC...ของเหลว เป นสถานะท ม ร ปร างไม คงท แน นอนในอ](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041603/5e328718c37c9c79f73d3f22/html5/thumbnails/1.jpg)
สมบตัเิชงิกายภาพของสสาร
![Page 2: สมบตัิเชิงกายภาพของสสาร - NSSC...ของเหลว เป นสถานะท ม ร ปร างไม คงท แน นอนในอ](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041603/5e328718c37c9c79f73d3f22/html5/thumbnails/2.jpg)
สมบตัิเชงิกลของของแขง็
สะพานพระรามแปด ขา้มแม่นํา้เจา้พระยา
วิศวกรใชค้วามรูเ้กีย่วกบัสมบตัิเชงิกลของวสัดุ
เลอืกวตัถุที่มีสมบตัิสภาพยดืหยุ่นเหมาะสมกบังาน
ทนต่อแรงภายนอกไดม้าก (ทาํใหร้ปูร่างเปลีย่นไดย้าก)
![Page 3: สมบตัิเชิงกายภาพของสสาร - NSSC...ของเหลว เป นสถานะท ม ร ปร างไม คงท แน นอนในอ](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041603/5e328718c37c9c79f73d3f22/html5/thumbnails/3.jpg)
สมบตัิเชงิกลของของแขง็
สถานะของสสาร มี 3 สถานะคอื ของแขง็ เป็นสถานะที่มีรปูร่างและปรมิาตรคงที่ในอณุหภมูิปกติ
กอ้นหิน, ไม,้ ยาง , ดนิสอ, เทียนไข และเหลก็เป็นตน้
ของเหลว เป็นสถานะที่มีรปูร่างไม่คงที่แน่นอนในอณุหภมูิปกติ จะเปลีย่นตามภาชนะที่บรรจุอยู่ แต่มีปรมิาตรคงที่
นํา้, นํา้มนั, ปรอท และ แอลกอฮอล ์เป็นตน้
แกส๊ เป็นสถานะที่มีรปูร่างและปรมิาตรไม่คงที่แน่นอนในอณุหภมูิปกติ มีการเปลีย่นแปลงอยู่เสมอ รปูร่างและปรมิาตรจะเหมือนกบัรปูร่างที่บรรจุ
ของเหลวและแกส๊ เรยีกรวมกนัว่าของไหล
![Page 4: สมบตัิเชิงกายภาพของสสาร - NSSC...ของเหลว เป นสถานะท ม ร ปร างไม คงท แน นอนในอ](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041603/5e328718c37c9c79f73d3f22/html5/thumbnails/4.jpg)
สมบตัิเชงิกลของของแขง็
สภาพยดืหยุ่นของของแขง็
วสัดทุี่มีการเปลีย่นรปูร่างเมื่อมีแรงกระทาํสามารถคนืกลบัตวัสู่รปูร่างเดมิ
เมื่อหยุดออกแรงกระทาํ เรยีกว่า สภาพยดืหยุ่น (elasticity)วสัดเุปลีย่นรปูร่างไปอย่างถาวร โดยผวิวสัดไุม่มีการฉกีขาดหรอืแตกหกั
เรยีกสมบตัินี้ ว่า สภาพพลาสติก ( plasticity )
![Page 5: สมบตัิเชิงกายภาพของสสาร - NSSC...ของเหลว เป นสถานะท ม ร ปร างไม คงท แน นอนในอ](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041603/5e328718c37c9c79f73d3f22/html5/thumbnails/5.jpg)
สมบตัิเชงิกลของของแขง็
สภาพยดืหยุ่นของของแขง็
เมื่อ ดงึวสัดชุนดิต่าง เช่น สปรงิ
ก่อนสปรงิถูกดงึ
สปรงิถูกยดืจนใกลข้ดีจาํกดัสภาพยดืหยุ่น
สปรงิถูกยดืจนเกนิขดีจาํกดัสภาพยดืหยุ่น
![Page 6: สมบตัิเชิงกายภาพของสสาร - NSSC...ของเหลว เป นสถานะท ม ร ปร างไม คงท แน นอนในอ](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041603/5e328718c37c9c79f73d3f22/html5/thumbnails/6.jpg)
สมบตัิเชงิกลของของแขง็สภาพยดืหยุ่นของของแขง็ เมื่อ ดงึวสัดชุนดิต่าง เช่น สปรงิ
* จุด a คือ ขดีจาํกดัการแปรผนัตรง
(Proportional limit) ซึ่งเป็นตาํแหน่งสุดทา้ยที่
ความยาวสปริงยดืออก แปรผนัตรงกบัขนาด
ของแรงดึง
*จุด b คือขดีจาํกดัสภาพยดืหยุ่น (Elastic
limit) ซึ่งเป็นตาํแหน่งสุดทา้ยที่สปริงยดืออกแลว้
กลบัสู่สภาพเดิม แต่แรงดึงไม่แปรผนัตรงกบั
ระยะยดื
*จุด C คือ จุดแตกหัก (Breaking point)
หมายถึงตั้งแต่จุด b เป็นตน้ไป ถา้ดึงต่อไปกถ็ึง
จุด c ซึ่งเป็นจุดที่เสน้วสัดุขาด
![Page 7: สมบตัิเชิงกายภาพของสสาร - NSSC...ของเหลว เป นสถานะท ม ร ปร างไม คงท แน นอนในอ](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041603/5e328718c37c9c79f73d3f22/html5/thumbnails/7.jpg)
สมบตัิเชงิกลของของแขง็
กฎของฮุก ( Hooke’ s law)เมือ่ออกแรงดงึหรอืกดสปรงิ พบวา่แรงทีก่ระทาํตอ่สปรงิ F มคีวามสมัพนัธก์บัความ
ยาวทีเ่ปลี่ยน
กราฟช่วง oa เป็นไปตามกฎของฮุก
![Page 8: สมบตัิเชิงกายภาพของสสาร - NSSC...ของเหลว เป นสถานะท ม ร ปร างไม คงท แน นอนในอ](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041603/5e328718c37c9c79f73d3f22/html5/thumbnails/8.jpg)
สมบตัิเชงิกลของของแขง็
ช่วง ob เรยีกว่า การผดิรปูแบบยดืหยุ่น (elastic deformation)
ช่วง bc เรยีกว่า การผดิรปูแบบพลาสติก (plastic deformation)
![Page 9: สมบตัิเชิงกายภาพของสสาร - NSSC...ของเหลว เป นสถานะท ม ร ปร างไม คงท แน นอนในอ](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041603/5e328718c37c9c79f73d3f22/html5/thumbnails/9.jpg)
สมบตัิเชงิกลของของแขง็
แรงที่ทาํใหว้ตัถุผดิรปู
แรงดึง (tensile force)
แรงอดั (forces of compression)
แรงเฉือน (shear force)
![Page 10: สมบตัิเชิงกายภาพของสสาร - NSSC...ของเหลว เป นสถานะท ม ร ปร างไม คงท แน นอนในอ](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041603/5e328718c37c9c79f73d3f22/html5/thumbnails/10.jpg)
ความเคน้และความเครยีด
ความเคน้ ( Stress )แรงตา้นภายในเนื้อวสัดทุี่มีต่อแรงภายนอกที่มากระทาํต่อหน่วยพื้นที่ (ผลหารของแรงภายในต่อพื้นที่)
เพือ่ความงา่ย พดูถงึความเคน้ในรปูของแรงภายนอกที่มากระทาํต่อหนึง่หน่วยพื้นที่
พจิารณาพื้นที่หนา้ตดัดงัรปู
แรงเค้นปกติและแรงเค้นเฉือน
![Page 11: สมบตัิเชิงกายภาพของสสาร - NSSC...ของเหลว เป นสถานะท ม ร ปร างไม คงท แน นอนในอ](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041603/5e328718c37c9c79f73d3f22/html5/thumbnails/11.jpg)
ความเคน้
ความเคน้ปกติ (Normal Stress)เป็นความเขม้ของแรง หรอืแรงภายในต่อพื้นที่
แรงภายใน (แรงเคน้ คอื แรงยดึระหว่างโมเลกุลที่เพิม่ขึ้น)
ความเคน้เป็น ปรมิาณ สเกลาร ์ มีหน่วยในระบบเอสไอเป็นนวิตนัต่อตารางเมตร
( N/m2) หรอื พาสคลั ( Pa )
![Page 12: สมบตัิเชิงกายภาพของสสาร - NSSC...ของเหลว เป นสถานะท ม ร ปร างไม คงท แน นอนในอ](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041603/5e328718c37c9c79f73d3f22/html5/thumbnails/12.jpg)
ความเคน้
ความเคน้ปกติ (Normal Stress), ความเคน้ตามยาววตัถุที่มีรปูร่างสมํา่เสมอ คงที่ตลอด
เกดิความเคน้ปกติ คงที่กระจายอย่างสมํา่เสมอตลอดพื้นที่หนา้ตดั
![Page 13: สมบตัิเชิงกายภาพของสสาร - NSSC...ของเหลว เป นสถานะท ม ร ปร างไม คงท แน นอนในอ](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041603/5e328718c37c9c79f73d3f22/html5/thumbnails/13.jpg)
ความเคน้
ความเคน้ตามยาว (longitudinal stress ) ความเคน้แบบดงึ (tensile stress )ความเคน้แบบอดั ( compressive stress )
![Page 14: สมบตัิเชิงกายภาพของสสาร - NSSC...ของเหลว เป นสถานะท ม ร ปร างไม คงท แน นอนในอ](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041603/5e328718c37c9c79f73d3f22/html5/thumbnails/14.jpg)
ความเคน้ความเคน้เฉอืน (Shear Stress)
ถา้วตัถุมีรปูร่างสมํา่เสมอจะไดว้่า
![Page 15: สมบตัิเชิงกายภาพของสสาร - NSSC...ของเหลว เป นสถานะท ม ร ปร างไม คงท แน นอนในอ](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041603/5e328718c37c9c79f73d3f22/html5/thumbnails/15.jpg)
ความเคน้
ความเคน้เฉอืน (Shear Stress)การเคลือ่นที่ผ่านกนัของวตัถุเมื่อไดร้บัความเคน้เฉอืน
![Page 16: สมบตัิเชิงกายภาพของสสาร - NSSC...ของเหลว เป นสถานะท ม ร ปร างไม คงท แน นอนในอ](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041603/5e328718c37c9c79f73d3f22/html5/thumbnails/16.jpg)
ความเครยีด (STRAIN)ความเครยีดมี 2 ลกัษณะคอื
ความเครยีดตามยาว หรอื ความเครยีดเชงิเสน้ (linear Strain)
ความเครยีดเฉอืน (Shear Strain)
![Page 17: สมบตัิเชิงกายภาพของสสาร - NSSC...ของเหลว เป นสถานะท ม ร ปร างไม คงท แน นอนในอ](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041603/5e328718c37c9c79f73d3f22/html5/thumbnails/17.jpg)
ความเครยีด (STRAIN)
คอื การเปลีย่นแปลงรปูร่างของวสัด(ุDeformation) เมื่อมีแรงภายนอกมากระทาํ (เกดิความเคน้)
การเปลีย่นรปูแบบอลิาสติกหรอืความเครยีดแบบคืนรปู
ยางยดื, สปรงิ
การเปลีย่นรปูแบบพลาสติกหรอืความเครยีดแบบคงรปู
![Page 18: สมบตัิเชิงกายภาพของสสาร - NSSC...ของเหลว เป นสถานะท ม ร ปร างไม คงท แน นอนในอ](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041603/5e328718c37c9c79f73d3f22/html5/thumbnails/18.jpg)
ความเครยีด (STRAIN)
ความเครียดตามยาว หรอื ความเครียดเชิงเส้น (linear Strain)
ความเครยีด ณ ตาํแหน่ง ใด ๆ
![Page 19: สมบตัิเชิงกายภาพของสสาร - NSSC...ของเหลว เป นสถานะท ม ร ปร างไม คงท แน นอนในอ](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041603/5e328718c37c9c79f73d3f22/html5/thumbnails/19.jpg)
ความเครยีด (STRAIN)
วสัดมุีพื้นที่หนา้ตดัคงที่ตลอดความยาว
ความเครยีดตามยาวที่เกดิขึ้นจะมีค่าคงที่
![Page 20: สมบตัิเชิงกายภาพของสสาร - NSSC...ของเหลว เป นสถานะท ม ร ปร างไม คงท แน นอนในอ](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041603/5e328718c37c9c79f73d3f22/html5/thumbnails/20.jpg)
ความเครยีด (STRAIN)
ความเครยีดเฉอืน (Shear Strain)ใชก้บักรณทีี่แรงกระทาํมีลกัษณะเป็นแรงเฉอืน
![Page 21: สมบตัิเชิงกายภาพของสสาร - NSSC...ของเหลว เป นสถานะท ม ร ปร างไม คงท แน นอนในอ](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041603/5e328718c37c9c79f73d3f22/html5/thumbnails/21.jpg)
ความสมัพนัธ์ระหว่างความเคน้และความเครยีด
เส้นโค้งความเค้น-ความเครียด (Stress-Strain Curve) ซึ่งได้จากการทดสอบแรงดึง
(Tensile Test)
![Page 22: สมบตัิเชิงกายภาพของสสาร - NSSC...ของเหลว เป นสถานะท ม ร ปร างไม คงท แน นอนในอ](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041603/5e328718c37c9c79f73d3f22/html5/thumbnails/22.jpg)
ความสมัพนัธ์ระหว่างความเคน้และความเครยีด
มอดลูสัของยงั (Young’s modulus) หรือ มอดลูสัสภาพยืดหยุ่น (modulus of elasticity)
ainTensileStressTensileStrEsModulusYoung =)('
Unit : N/m2
![Page 23: สมบตัิเชิงกายภาพของสสาร - NSSC...ของเหลว เป นสถานะท ม ร ปร างไม คงท แน นอนในอ](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041603/5e328718c37c9c79f73d3f22/html5/thumbnails/23.jpg)
ความสมัพนัธ์ระหว่างความเคน้และความเครยีด
Thomas Young ( ค.ศ. 1773 – 1829)
นกัฟิสกิสช์าวองักฤษ สาํเรจ็การศกึษา
ทางแพทย ์ แต่สนใจในวชิาฟิสกิส์
โดยเฉพาะเรือ่งแสง ไดด้าํรงตาํแหน่ง
ศาสตราจารยท์างฟิสกิส ์ของ The Royal
Institution และมผีลงานในวชิาฟิสกิส์
มากมาย เชน่การคน้พบการแทรกสอด
ของแสง เป็นคนแรกทีท่ดลองวดัความ
ยาวคลืน่ของแสงสตี่าง ๆ และ เป็นผู้
พบว่า ภายในขีดจาํกดัสภาพยืดหยุ่น
อตัราส่วนระหว่างความเค้นและ
ความเครียดของวสัดหุนึง่ ๆ จะมีค่า
คงตวัเสมอ
![Page 24: สมบตัิเชิงกายภาพของสสาร - NSSC...ของเหลว เป นสถานะท ม ร ปร างไม คงท แน นอนในอ](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041603/5e328718c37c9c79f73d3f22/html5/thumbnails/24.jpg)
ความสมัพนัธ์ระหว่างความเคน้และความเครยีด
มอดลูสัของยงัของวสัดบุางชนดิ
บ่งบอกถงึความแขง็แรง
ทนต่อแรงภายนอกไดม้าก
วสัดุ มอดุลสัของยงั , E ( x 1011
N/m2 )
ตะกัว่ 0.16
แกว้ 0.55
อลูมิเนียม 0.70
ทองเหลือง 0.91
ทองแดง 1.1
เหลก็ 1.9
เหลก็กลา้ 2.0
ทงัสเตน 3.6
![Page 25: สมบตัิเชิงกายภาพของสสาร - NSSC...ของเหลว เป นสถานะท ม ร ปร างไม คงท แน นอนในอ](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041603/5e328718c37c9c79f73d3f22/html5/thumbnails/25.jpg)
ความสมัพนัธ์ระหว่างความเคน้และความเครยีด
มอดลูสัเฉอืน (shear modulus)อตัราสว่นระหวา่งความเคน้เฉอืนกบัความเครยีดเฉอืน
ปรมิาณทีแ่สดงถึง สภาพยดืหยุ่นของรปูร่าง (elasticity of shape)
มีหน่วยเป็น N / m2shear stressshear strain
FAS xh
= =Δ
Source : Serway
![Page 26: สมบตัิเชิงกายภาพของสสาร - NSSC...ของเหลว เป นสถานะท ม ร ปร างไม คงท แน นอนในอ](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041603/5e328718c37c9c79f73d3f22/html5/thumbnails/26.jpg)
ความสมัพนัธ์ระหว่างความเคน้และความเครยีด
มอดลูสัเชิงปริมาตร (Bulk Modulus)
อตัราส่วนระหว่าง ความเค้นปริมาตร กบั
ความเครียดปริมาตร
ปริมาณที่แสดงถึง สภาพยืดหยุ่นปริมาตร
เครือ่งหมายลบ แสดงถึง ความดนัเพิ่มขึน้เป็น
บวก ปริมาตรกจ็ะลดลง
มีหน่วยเป็น N / m2
volume stressvolume strain
i i
F PAB V VV V
Δ Δ= = − = −
Δ Δ
Source : Serway
![Page 27: สมบตัิเชิงกายภาพของสสาร - NSSC...ของเหลว เป นสถานะท ม ร ปร างไม คงท แน นอนในอ](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041603/5e328718c37c9c79f73d3f22/html5/thumbnails/27.jpg)
การคาํนวณระยะยดืกรณทีี่วตัถุมีพื้นที่หนา้ตดัไม่สมํา่เสมอ
วตัถุมสีภาพยดืหยุน่เป็นไปตามกฎของฮกุ
จากนิยาม
ความยาวที่ยดืออกทัง้หมด
กรณทีี่ F และ A คงที่ จะไดว้่า
dL
d dL δ+
AEFL
=δ
∫∫ ==LL
dLAEFdL
Eσδ
![Page 28: สมบตัิเชิงกายภาพของสสาร - NSSC...ของเหลว เป นสถานะท ม ร ปร างไม คงท แน นอนในอ](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041603/5e328718c37c9c79f73d3f22/html5/thumbnails/28.jpg)
ตวัอย่าง
ลวดทองแดงเส้นหนึ่งยาว 4 เมตร มีพืน้ที่ภาคตดัขวาง 1 x 10-8ตารางเมตร มี
ค่ายงัมอดลูสัเป็น 1.1 x 1011 นิวตนัต่อตารางเมตร จะต้องออกแรงดึงเท่าใดจึง
จะทาํให้ลวดเส้นนี้ยืดออกอีก 1 มิลลิเมตร
สายเคเบิลเหลก็มีพืน้ที่ภาคตดัขวาง 3.0 x 10-4 ตารางเมตร ผกูติดกบัลิฟตซ์ึ่งมี
มวล 800 กิโลกรมั ถ้าในการใช้ลิฟตก์าํหนดให้ความเค้นที่กระทาํกบัสาย
เคเบิลมีค่าไม่เกิน 0.25 ของขอบเขตความยืดหยุ่น จงหาค่าความเรง่สงูสดุใน
การเคลื่อนที่ขึน้ของลิฟต ์ถ้าสายเคเบิลเหลก็มีค่าขอบเขตความยืดหยุ่น 2.8 x
108 นิวตนัต่อตารางเมตร