在A-level物理中,每个考试局都有一章关于Material的内容,其中最重要的知识点就是Young Modulus了。
很多同学在之前都学过胡克定律中的spring constant(k),这两个特性都和材料的弹力有关系,到底有什么区别呢?
今天,小新君教大家用比较的思维来理清这些物理量之间的关系。
在弹性系数(spring constant)k中,都有什么会影响弹簧的k值呢?
主要有三个因素:
材料、横截面积和原始长度,
其中原始长度越短,k值越大;横截面积越大,k值越大。K值是和整个弹簧的材料和形状都相关的。
在A-level数学的mechanics部分中,其实还有一个和弹性相关的物理量,叫做弹性模量(Elastic Modulus)λ。
λ的大小只和材料的种类,以及横截面积有关,和长度是无关的。
λ值的大小恰好等于让弹簧伸长到原始长度2倍所需要的拉力。
有没有那个物理量只和材料本身有关,和弹簧的横截面积、原始长度都无关呢?
这就是杨氏模量了。
在介绍这个物理量之前,首先要介绍另外两个物理量。
一个是应力(stress),应力是等于拉力除以横截面积,这样就是单位面积的受力了;
另外一个是伸长比例(strain),等于伸长长度除以原始长度,即伸长的百分比。
由于stress已经去除掉了面积的干扰因素,strain去除掉了原始长度的干扰因素,我们对杨氏模量的定义即为:
杨氏模量是只和材料相关的物理量,其数值越大,说明在变形的时候需要提供的力就越大,例如钢材的杨氏模量就远大于橡胶。
杨氏模量的相关内容在A-level物理考试中是必考重点之一,主要会以计算题和图像题的方式来进行出题,例如下题:
再次强调一遍,杨氏模量相关内容是A-level物理考试中是必考重点。希望通过今天的分享,能够帮助同学们巩固好这块知识点,下次考场遇到的时候,快速就可以获得高分。
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