ഇലാസ്തികത

ബലം പ്രയോഗിക്കപ്പെടുന്നതിന്റെ ഫലമായി ഒരു വസ്തുവിൽ ഉണ്ടാവുന്ന ആകൃതിവ്യത്യാസം, ആ ബലം പിൻവലിക്കുമ്പോൾ ഇല്ലാതാവുന്ന സവിശേഷതയെയാണ് വസ്തുവിന്റെ ഇലാസ്തികത എന്നതുകൊണ്ട് ഉദ്ദേശിക്കുന്നത്. ഉദാഹരണത്തിന് ഒരു സ്പ്രിങ്ങിനെ വലിച്ചു നീട്ടുന്നത്, ഒരു ഇലാസ്തിക ആകൃതിവ്യത്യാസം ആണ്. വലിക്കുന്ന ബലം ഇല്ലാതെയാവുമ്പോൾ സ്പ്രിങ്ങ് പഴയ ആകൃതിയിലേക്കു തിരിച്ചു പോകുന്നു.

റബ്ബർ ബാൻഡിന്റെ ഇലാസ്തികത

ഖരവസ്തുക്കളിൽ, ഓരോ ആറ്റമോ തന്മാത്രയോ അടുത്തുള്ള ആറ്റങ്ങളോടോ തന്മാത്രകളോടോ രാസബന്ധനം വഴി ബന്ധപ്പെട്ടിരിക്കുന്നതിന്റെ ഫലമായി, അവയുടെ സ്ഥിരതയാർന്ന സ്ഥിതസന്തുലിതാവസ്ഥയിലാണ് (stable equilibrium position) ഉള്ളത്. ഒരു വസ്തുവിന്റെ ആകൃതി വ്യത്യാസപ്പെടുമ്പോൾ, അതിലെ തന്മാത്രകൾക്ക് ഈ സ്ഥിര സന്തുലിത സ്ഥാനത്തിൽ നിന്നും സ്ഥാനാന്തരണം സംഭവിക്കുകയും, തന്മാത്രകൾ തമ്മിലുള്ള ദൂരം വ്യത്യാസപ്പെടുകയും ചെയ്യുന്നു. ആകൃതിവ്യത്യാസത്തിനു കാരണമായ ബലം നീക്കിയാൽ, തന്മാത്രകൾ തമ്മിലുള്ള ബന്ധനത്തിന്റെ ഫലമായുണ്ടാവുന്ന റിസ്റ്റോറിങ്ങ് ബലത്തിന്റെ (restoring force) ഫലമായി, അവ വീണ്ടും സ്ഥിരതയാർന്ന സന്തുലിത സ്ഥാനത്തിലേക്ക് തിരിച്ചു പോകുന്നു. അങ്ങനെ, വസ്തു മുൻപുണ്ടായിരുന്ന ആകൃതിയിലേക്ക് തിരിച്ചു പോകുന്നു. ഇതു സംഭവിക്കുന്ന വസ്തുക്കളെ ഇലാസ്തിക വസ്തുക്കൾ (elastic materials) എന്നും, ആകൃതിവ്യത്യാസത്തിനു കാരണമായ ബലം മാറ്റപ്പെട്ടാലും പഴയ ആകൃതിയിലേക്കു തിരിച്ചു പോകാത്ത വസ്തുക്കളെ പ്ലാസ്റ്റിക് വസ്തുക്കൾ (plastic materials) എന്നും പറയുന്നു. സ്റ്റീൽ ഇലാസ്തിക വസ്തുവിനും, കളിമണ്ണ് പ്ലാസ്റ്റിക് വസ്തുവിനും ഉദാഹരണങ്ങളാണ്.

വിവിധതരം ആതാനങ്ങൾ

ഒരു വസ്തുവിൽ ബലം പ്രയോഗിക്കപ്പെടുമ്പോൾ അതിന് എത്രത്തോളം ആകൃതി വ്യത്യാസം വരുന്നു എന്നത്, ബലത്തിന്റെ അളവും വസ്തുവിന്റെ സ്വഭാവവും അനുസരിച്ചിരിക്കും. ആതാനം (strain) ഉപയോഗിച്ച്, ആകൃതിവ്യത്യാസത്തിന്റെ അളവിനെക്കുറിക്കുന്നു. ഇതു പലതരത്തിലുണ്ട്. ഉദാഹരണത്തിന്, പ്രയോഗിക്കപ്പെട്ട ബലത്തിന്റെ ഫലമായി വസ്തുവിന്റെ നീളത്തിനു വ്യത്യാസം വന്നാൽ അതിനെക്കുറിക്കാൻ ലോഞ്ചിറ്റ്യൂഡിനൽ ആതാനം (longitudinal strain) ഉപയോഗിക്കാം. ലോഞ്ചിറ്റ്യൂഡിനൽ ആതാനം = \frac{ബലപ്രയോഗം കൊണ്ടുള്ള നീളവ്യത്യാസം}{ ബലപ്രയോഗത്തിനു മുൻപുള്ള നീളം }. സ്പർശക ബലത്തിന്റെ (tangential force) ഫലമായി ഉണ്ടാവുന്ന ആകൃതിവ്യത്യാസത്തെക്കുറിക്കാൻ അപരൂപണ ആതാനം (shear strain) ഉപയോഗിക്കുന്നു. ബലത്തിന്റെ ഫലമായി, വസ്തുവിന്റെ വ്യാപ്തത്തിനാണു വ്യത്യാസം വരുന്നതെങ്കിൽ, അതിനെക്കുറിക്കാൻ വ്യാപ്ത ആതാനം ഉപയോഗിക്കുന്നു.

പുനസ്ഥാപന ബലം

പ്രയോഗിക്കപ്പെട്ട ബലത്തിന്റെ ഫലമായുണ്ടാവുന്ന ആകൃതിവ്യത്യാസം കാരണം വസ്തുവിൽ ഒരു പുനസ്ഥാപനബലം ഉണ്ടാവുന്നു. പുനസ്ഥാപന ബലം, വിരൂപണ ബലത്തിന്റെ (deforming force) തുല്യ അളവിലും, വിപരീത ദിശയിലുമായിരിക്കും.

പ്രതി വിസ്തീർണ്ണത്തിൽ അനുഭവപ്പെടുന്ന പുനസ്ഥാപന ബലത്തിനെ (restoring force per unit area) ആയാസം (stress) എന്നു വിളിക്കുന്നു.

ഹുക്ക് നിയമം

ചെറിയ തോതിലുള്ള ആകൃതിവ്യത്യാസങ്ങൾക്ക്, ആതാനവും ആയാസവും ആനുപാതികമാണ്. 1675-ൽ റോബർട്ട് ഹൂക്ക് എന്നയാളാണ് ഈ ആശയം മുന്നോട്ടുവച്ചത് ^[1][2]. അതിനാൽ ഈ നിയമത്തെ ഹൂക്ക് നിയമം എന്നുവിളിക്കുന്നു.

ഈ നിയമം പുനസ്ഥാപന ബലവും (F) ദൈർഘ്യവ്യത്യാസവും (x) തമ്മിലുള്ള ബന്ധമായി കാണിക്കാവുന്നതാണ്.

${\displaystyle F=-kx,}$

മുകളിലെ സമവാക്യത്തിൽ (k) റേറ്റ് എന്നും സ്പ്രിംഗ് സ്ത്ഥിരസംഖ്യ എന്നും "ഇലാസ്തിക സ്ഥിരസംഖ്യ" എന്നും വിളിക്കപ്പെടുന്ന ഒരു ആനുപാതികസ്ഥിരസംഖ്യയാണ് (proportionality constant).

ഈ നിയമത്തെ ആയാസവും (σ) അപരൂപണ ആതാനവും (${\displaystyle \varepsilon }$) തമ്മിലുള്ള ബന്ധമായും കാണിക്കാൻ സാധിക്കും:

${\displaystyle \sigma =E\varepsilon ,}$

മുകളിലെ സമവാക്യത്തിൽ E ഇലാസ്റ്റിക് മോഡുലസ് അല്ലെങ്കിൽ യങ്ങ്സ് മോഡുലസ് എന്നറിയപ്പെടുന്നു.

ഇലാസ്തികതയില്ലായ്മയിലേയ്ക്കുള്ള മാറ്റം

ഹൂക്ക് നിയമം വളരെ ചെറിയ അളവിലുള്ള ആകൃതിവ്യത്യാസങ്ങളിലേ ശരിയാവുകയുള്ളൂ. എല്ലാ അളവിലുമുള്ള ആതാനത്തിനു അനുസൃതമായ ആയാസം പരീക്ഷണങ്ങളിലൂടെ കണ്ടുപിടിക്കാം. ഒരു വസ്തുവിലുണ്ടാവുന്ന ആയാസവും ആതാനവും തമ്മിലുള്ള ബന്ധം കാണിക്കുന്നതിന് ആയാസ-ആതാന ആരേഖം (Stress-Strain curve) ഉപയോഗിക്കുന്നു. ഈ ആരേഖം ഓരോ പദാർത്ഥത്തിനും വ്യത്യസ്തമായിരിക്കും.

ഒരു പദാർത്ഥത്തിന്റെ ആയാസ-ആതാന ആരേഖം.

ചിത്രത്തിൽ മൂലബിന്ദുവിനും yield strength എന്നടയാളപ്പെടുത്തിയിരിക്കുന്ന ബിന്ദുവിനും ഇടയിൽ ആതാനവുംആയാസവും തമ്മിൽ രേഖീയമായി ബന്ധപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു. അതായത്, ഹൂക്ക് നിയമം പാലിക്കപ്പെടുന്നു. ഇവിടെ, വസ്തുവിൽ പ്രയോഗിക്കപ്പെടുന്ന ബലം മാറ്റുമ്പോൾ, അതിന്റെ പഴയ രൂപത്തിലേക്ക് തിരിച്ചു പോകുന്നു. yield strength എന്നടയാളപ്പെടുത്തിയിരിക്കുന്ന ബിന്ദുവിനെ യീൽ‌ഡ് ബിന്ദു അല്ലെങ്കിൽ ഇലാസ്തിക സീമ (elastic limit) എന്നു വിളിക്കുന്നു. ഇതിലും വലിയ ആതാനങ്ങൾക്ക്, ആതാനവുംആയാസവും തമ്മിലുള്ള ബന്ധം അരേഖീയമാണ്. ഇവിടെ വസ്തു, പ്ലാസ്റ്റിസിറ്റി പ്രകടിപ്പിക്കുന്നു. ഇലാസ്തിക സീമ കഴിഞ്ഞാൽ ബലവും ആകൃതിവ്യത്യാസവും തമ്മിലുള്ള ബന്ധം ആനുപാതികമല്ലാതെയാകും. ഈ പരിധിക്കപ്പുറം ഖരവസ്തുക്കൾ ആകൃതി നഷ്ടപ്പെട്ടുപോകും.

ഖരവസ്തുക്കളെക്കൂടാതെ വിസ്കോഇലാസ്തിക ദ്രാവകങ്ങൾക്കും ഇലാസ്തികതയുണ്ട്.