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為什麼自己手卷的鐵絲,沒有變成彈簧呢?

作者:由 中科院物理所 發表于 體育時間:2022-05-22

其實捲起來的鐵絲也是有彈性的,但鐵絲的彈性極限太低。

為什麼自己手卷的鐵絲,沒有變成彈簧呢?

想象中的彈簧vs不是“彈簧”的彈簧(很硬的彈簧)

首先,彈性來源於材料本身,也就是說捲成彈簧並不會使材料彈性增強。只是捲成彈簧後,鐵絲所佔的空間體積變小了,可以用更小的空間體積實現相同幅度的彈性形變,儲存相同的彈性勢能。

既然不是卷的問題,那肯定是材料的問題,因為彈簧是用彈簧鋼製成的。查閱資料知彈簧鋼和鐵絲的楊氏模量、泊桑比相差不大,這也就意味著如果我們用相同長度、粗細的鐵絲和彈簧鋼來製作彈簧,它們的勁度係數也是相近的。那兩者的差別究竟在哪呢?

彈性是指物體發生形變後,能恢復原來大小和形狀的性質。如果所受應力超過彈性極限,則會開始產生不可逆的塑性形變。我們把將材料拉斷的臨界值定義為抗拉強度。彈性極限與抗拉強度是彈簧最重要的指標,鐵絲成不了彈簧就是因為鐵絲這兩個指標太低。彈性極限和抗拉強度之間存在比例關係,我們就用容易測量的抗拉強度來表徵彈性極限。下面上資料。

為什麼自己手卷的鐵絲,沒有變成彈簧呢?

鐵絲的彈性極限約為110-220MPa[2]。根據國標GBT343-94,普通鍍鋅鐵絲的抗拉強度為295-540MPa。一種彈簧鋼的國標如下表:

為什麼自己手卷的鐵絲,沒有變成彈簧呢?

很明顯,鐵絲的抗拉強度比彈簧鋼低得多,彈性極限也更低。而且手卷的鐵絲往往比彈簧更粗,體現出來的彈性更差。

即使捲成一樣的形狀,鐵絲也成不了彈簧

參考資料:

[1]徐效謙。 彈簧鋼絲和彈性合金絲[C]。全國線材深加工技術研討會會議文集,2005:72-96。

An Introduction to Iron。