영률
다른 표기 언어 Young's modulus 동의어 탄성률, 길이탄성률
요약
길이방향으로 장력이나 압축력을 받은 금속막대가 다시 원형으로 되돌아가는 경우와 같이 어떤 고체가 오직 한 방향으로만 장력이나 압축력을 받을 때 나타내는 탄성을 표시한다. 영률은 길이방향의 장력이나 압축력을 받은 물질이 길이 변화에 견디는 능력을 측정한 것으로, 길이방향으로 가해진 변형력을 변형률로 나눈 것이다.
영률의 단위는 N/㎡이다. 영률은 변형력이 변형률에 비례할 때와 외부의 힘이 없어졌을 때 그 물질이 다시 원래 모습으로 되돌아오는 경우에만 유효하다. 변형력이 증가함에 따라 영률은 상수값에서 벗어나 감소하게 되고, 결국 그 물체가 변형되어 파괴될 수 있다. 장력이 가해진 금속막대가 늘어났을 때, 그 너비는 약간 줄어든다. 이 측면수축이 가로변형률이며 이것은 너비의 변화를 본래의 너비로 나눈 것이다.
길이방향으로 장력이나 압축력을 받은 금속막대가 다시 원형으로 되돌아가는 경우와 같이 어떤 고체가 오직 한 방향으로만 장력이나 압축력을 받을 때 나타내는 탄성을 표시한다.
영률은 길이방향의 장력이나 압축력을 받은 물질이 길이 변화에 견디는 능력을 측정한 것으로, 길이방향으로 가해진 변형력을 변형률로 나눈 것이다(→ 변형률). 장력이 가해진 금속막대의 경우 변형력과 변형률은 다음과 같이 나타낼 수 있다.
단면적 A인 금속막대의 양끝을 힘 F로 당긴다면 막대는 본래길이 Lo로부터 Ln으로 늘어난다. 동시에 단면적은 작아진다. 변형력은 장력을 단면적으로 나눈 비인 F/A로 나타낼 수 있다.
변형률 또는 상대적 변형은 길이의 변화량인 (Ln－Lo)를 본래의 길이 Lo로 나눈 (Ln－Lo)/Lo로 나타낼 수 있다. 변형률의 단위는 차원이 없다. 따라서 영률은 수학적으로 다음과 같이 나타낼 수 있다.
이것은 훅의 법칙의 특수형태이다. 영률의 단위는 N/㎡이며, 영국식 단위계에서는 lb/in2 이다. 알루미늄의 경우 영률은 약 7.0×1010N/㎡이다.
강철의 영률은 이보다 약 3배 정도 크며 이는 강철을 변형시키는 데 드는 힘이 알루미늄 막대의 경우보다 3배 정도 더 필요하다는 것을 알게 한다.
영률은 변형력이 변형률에 비례할 경우와 외부의 힘이 없어졌을 때 그 물질이 다시 원래의 모습으로 되돌아오는 경우에만 유효하다. 변형력이 증가함에 따라 영률은 상수값에서 벗어나 감소하게 되고, 결국 그 물체가 변형되어 파괴될 수도 있다. 장력이 가해진 금속막대가 늘어났을 때, 그 너비는 약간 줄어든다.
이 측면수축이 가로변형률이며 이것은 너비의 변화를 본래의 너비로 나눈 것이다. 세로변형률(길이)에 대한 가로변형률(너비)의 비율을 푸아송의 비라고 한다. 강철의 평균 푸아송의 비는 0.28이고, 알루미늄 합금의 경우는 0.33이다. 푸아송의 비가 0.50 미만인 물질은 길이방향의 장력을 받을 때는 부피가 늘어나고 길이방향의 압축력을 받을 때는 부피가 줄어든다.