Vlivem vnějších sil mohou pevná tělesa měnit svůj tvar i rozměry. Tento jev nazýváme deformace pevných těles. Podle následků rozlišujeme deformaci pružnou – elastickou (po skončení deformace získá těleso původní tvar) nebo tvárnou – plastickou (po skončení deformace těleso nezíská původní tvar). Při deformaci je potřeba brát ohled i na čas, po který síla působí. Pokud je materiál namáhán silou pod mezí pružnosti po delší dobu, může u něj dojít k trvalé deformaci. To stejné platí i o teplotě.
V roce 1835 Wilhelm Weber popsal chování kokonového vlákna při pružné – elastické deformaci. Zjistil, že když přestala působit deformující síla, nevrátilo se kokonové vlákno do původního tvaru hned, ale až během několika dnů. Tento jev nazval dopružování. Dopružování se projevuje především u kaučuku, skla, olova a u jiných organických látek. Ohledy na dopružování musíme brát u analogových – ručičkových měřidel a neměřit často s maximálními výchylkami. Na délku doby dopružování má vliv teplota, která ji může zmenšit.
Podle působení vnějších sil na deformované těleso rozeznáváme pět jednoduchých deformací: tahem, tlakem, smykem, krutem a ohybem. V technické praxi se nejčastěji vyskytují deformace složené z několika jednoduchých deformací.
Deformace tahem a tlakem.
Zdroj: Techmania Science Center. Autor: Magda Králová. Under Creative Commons.
Deformace tahem
Deformace tahem vzniká při působení dvou stejně velikých sil opačného směru směřujících ven z tělesa. O pevnosti tělesa v tahu rozhoduje způsob zpracování, zejména u kovů, tedy válcování, vykování, u železa má veliký význam struktura. Rozdíl je také v tom, zda síla působí náhle nebo po delší dobu. Značným zahřáním se pevnost materiálu v tahu zmenšuje. Tahem je deformováno např. závěsné lano výtahu, jeřábu. Pro každý drát nebo lano existuje mezní délka, při níž se přetrhne vlastní vahou. Mezní délka závisí pouze na materiálu drátu nebo lana, nezávisí na průměru.
Většina materiálů se při namáhání tahem dokáže protáhnout jen o málo procent. Existují materiály, jejichž relativní prodloužení dosahuje až několika set i tisíc procent. Aby kov byl superplastický, je potřeba při výrobě použít materiál s velmi jemným zrnem a při plastické deformaci použít určitý teplotní interval závislý na druhu materiálu. Superplasticita se používá při výrobě některých složitějších kovových součástek. Součástka s velmi jemným zrnem se při určité teplotě vylisuje a poté se nechá překrystalizovat, aby se zvětšila její pružnost. Tento postup je energeticky méně náročný, než např. strojní obrábění.
Deformace tlakem
Působí–li stejně velké síly proti sobě dovnitř tělesa, nastává deformace tlakem. Pevnost v tlaku proti rozdrcení je velmi důležitá konstanta pro stavitele. Více se projevuje u tyčí nebo sloupů kratších, delší se při deformaci tlakem prohnou. Obecně je pevnost v tlaku větší než v tahu. Tlakem jsou namáhány pilíře, nosníky a různé podpěry, ale také klenby, oblouky, vajíčka. Jejich pevnost je způsobena jejich tvarem, který umožňuje převést namáhání na ohyb na tlakové namáhání. Klenba je pak mnohokrát pevnější než klasický překlad.
Stejně jako pevnost vaječné skořápky lze vysvětlit i neuvěřitelnou pevnost elektrických žárovek, zdánlivě tak jemných a křehkých. Překvapí nás to ještě více, když si uvědomíme, že některé z nich (vakuové) jsou téměř absolutně prázdné, takže uvnitř není nic, co by vyrovnávalo tlak vzduchu zvenčí. A tento tlak není nijak malý; má-li žárovka průměr 10 cm, tlačí na ni okolní atmosféra tak, jak by působila hmotnost dospělého člověka. Pokusem lze zjistit, že žárovka snese dokonce ještě 2,5krát větší tlak.
Deformace ohybem
Deformace ohybem nastává u nosníku podepřeného na obou koncích, působí–li na něj síla kolmo k jeho podélné ose souměrnosti. Při ohýbání nosníku se horní vrstvy zkracují a jsou deformovány tlakem, dolní vrstvy se prodlužují a jsou deformovány tahem. Střední vrstva zachovává svou původní délku a není namáhána. Proto duté trubky mají při stejné ploše průřezu větší pevnost v ohybu než pevné tyče (stejnou vlastnost mají i dlouhé duté kosti); nosníky a kolejnice se tvarují tak, aby nejvíce materiálu bylo v namáhaných vrstvách – např. ve tvaru L, I apod.
Deformace smykem
Deformace smykem: jestliže na horní a dolní podstavu deformovaného tělesa působí síly F a –F v rovinách podstav, pak vzniká deformace smykem. Síly způsobí posunutí jednotlivých vrstev tělesa, přičemž se jejich vzdálenost nemění, nastává smyk. Smykem může být deformován např. nýt nebo šroub.
Deformace krutem
Deformace kroucením je způsobena dvěma stejnými silovými dvojicemi, jejichž momenty sil jsou opačné. Tímto způsobem jsou namáhány např. hřídele strojů, šrouby, vrtáky. Charles Coulomb zjistil, že zkroucení je nepřímo úměrné čtvrté mocnině průměru, proto se často torzní váhy používají k měření velmi malých sil.
Deformace ohybem, smykem a krutem.
Zdroj: Techmania Science Center. Autor: Magda Králová. Under Creative Commons.
