Yay Sabiti ve Sertlik Faktörü
Yay sabiti ve sertlik faktörü, esneklik alanını incelerken çok önemli iki niceliktir. Bu miktarlar, bu alandaki hemen hemen tüm hesaplamalarda hayati bir rol oynamaktadır. Bu yazıda yay sabiti ve rijitlik faktörünün ne olduğunu, tanımlarını, rijitlik faktörü ve yay sabiti uygulamalarını, benzerliklerini ve son olarak rijitlik faktörü ile yay sabiti arasındaki farkı tartışacağız.
Yay Sabiti
Elastikiyet maddenin çok kullanışlı bir özelliğidir. Malzemelerin dış kuvvetler ortadan kalktıktan sonra eski haline dönebilme yeteneğidir. Elastik bir yayı gergin tutmak için gereken kuvvetin, yayın gerilmiş uzunluğu ile orantılı olduğu görülmektedir. Orantı sabiti yay sabiti olarak bilinir ve k ile gösterilir. Bu bize F=-kx denklemini verir. Eksi işareti, x'in kuvvete ters yönünü gösterir. Yay sabiti, yayı birim uzunlukta germek için gereken kuvvet olarak tanımlanır. Yay sabitinin birimleri Newton/metredir. Yay sabiti, nesnenin bir özelliğidir. Sistemin elastik potansiyel enerjisi, elastik cismi belirli bir x uzunluğu kadar germek için gereken iş miktarıdır. Uygulanan kuvvet F(x)=kx olduğundan, yapılan iş F(x)'in sıfırdan x'e dx'e göre entegrasyonuna eşittir; bu kx2/2'ye eşittir. Bu nedenle potansiyel enerji kx2/2'dir. Çubuğun ucuna bağlı herhangi bir cismin potansiyel enerjisinin cismin kütlesine değil, sadece yay sabitine ve gerilmiş uzunluğa bağlı olduğuna dikkat edilmelidir.
Sertlik Faktörü (Young modülü)
Young modülü maddenin çok önemli bir özelliğidir ve malzemenin sertliğini karakterize etmek için kullanılır. Young modülü, nesne üzerindeki basıncın (gerilme) nesnenin gerilimine oranıdır. Gerinim boyutsuz olduğundan, Young modülünün birimleri, metrekare başına Newton olan basınç birimlerine eşittir. Bazı malzemeler için Young modülü, belirli bir gerilim aralığında sabittir. Bu malzemeler Hooke yasasına uyar ve lineer malzemeler oldukları söylenir. Sabit bir Young modülüne sahip olmayan malzemeler doğrusal olmayan malzemeler olarak bilinir. Young modülünün nesnenin değil, malzemenin bir özelliği olduğu açıkça anlaşılmalıdır. Aynı malzeme kullanılarak yapılan farklı nesneler aynı Young modülüne sahip olacaktır. Young modülü adını fizikçi Thomas Young'dan almıştır. Young modülü, malzeme üzerinde birim gerinim olması gereken basınç olarak da tanımlanabilir. Young modülünün birimleri Pascal olmasına rağmen yaygın olarak kullanılmamaktadır. Mega Pascal veya Gigapascal gibi büyük birimler kullanışlı birimlerdir.
Yay sabiti ile sertlik faktörü arasındaki fark nedir?
• Yay sabiti, nesnenin bir özelliğidir. Sertlik faktörü malzemenin bir özelliğidir.
• Farklı malzemelerden yapılmış aynı nesnenin yay sabitleri farklı olacaktır.
