Vervorming (mechanica)

Afhankelijk van het soort materiaal, de grootte en vorm van het voorwerp en de gebruikte krachten kunnen verschillende soorten vervorming ontstaan.

Elastische vervorming

Dit type vervorming is omkeerbaar. Zodra de krachten wegvallen, neemt het voorwerp zijn oorspronkelijke vorm weer aan. Zoals de naam al aangeeft, heeft elastiek (rubber) een vrij groot elastisch vervormingsbereik. Thermoplasten en metalen hebben een matig elastisch vervormingsbereik, terwijl keramiek, kristallen en harde thermohardende polymeren bijna geen elastische vervorming ondergaan. Kneedbare materialen ondergaan geen elastische vervorming.

Metaalmoeheid

Een verschijnsel dat pas in de moderne tijd is ontdekt, is metaalmoeheid, dat vooral optreedt bij kneedbare metalen. Aanvankelijk werd gedacht dat een materiaal dat alleen binnen het elastische bereik vervormd was, volledig in zijn oorspronkelijke staat terugkeerde zodra de krachten werden weggenomen. Bij elke vervorming worden echter op moleculair niveau fouten geïntroduceerd. Na vele vervormingen beginnen scheuren te ontstaan, spoedig gevolgd door een breuk, zonder duidelijke plastische vervorming daartussen. Afhankelijk van het materiaal, de vorm, en hoe dicht het bij de elastische grens wordt vervormd, kan voor bezwijken duizenden, miljoenen, miljarden of triljoenen vervormingen nodig zijn.

Metaalmoeheid is een belangrijke oorzaak geweest van het falen van vliegtuigen, vooral voordat het proces goed werd begrepen.

Plastische vervorming

Dit type vervorming is niet omkeerbaar. Maar een voorwerp in het plastische vervormingsbereik zal eerst elastische vervorming hebben ondergaan, die omkeerbaar is, zodat het voorwerp gedeeltelijk terugkeert naar zijn oorspronkelijke vorm. Zachte thermoplasten hebben een vrij groot plastisch vervormingsbereik, evenals kneedbare metalen zoals koper, zilver en goud. Staal ook, maar ijzer niet. Harde thermohardende kunststoffen, rubber, kristallen en keramiek hebben een minimaal plastisch vervormingsbereik. Het materiaal met het grootste vervormingsbereik is misschien natte kauwgom, dat tientallen keren zijn oorspronkelijke lengte kan worden uitgerekt.

Breuk

Dit type vervorming is ook niet omkeerbaar. Een breuk treedt op nadat het materiaal het einde van het elastische en vervolgens plastische vervormingsbereik heeft bereikt. Op dit punt stapelen de krachten zich op tot ze voldoende zijn om een breuk te veroorzaken. Alle materialen zullen uiteindelijk breken, als er voldoende krachten worden uitgeoefend.

Een populaire misvatting is dat alle materialen die buigen "zwak" zijn en alle materialen die niet buigen "sterk". In werkelijkheid zijn veel materialen die grote elastische en plastische vervormingen ondergaan, zoals staal, in staat spanningen op te vangen die broze materialen, zoals glas, met minimale elastische en plastische vervormingen, zouden doen breken. Er bestaat zelfs een verhaal om deze observatie te beschrijven (hieronder geparafraseerd):

"De machtige eik staat sterk en stevig voor de wind, terwijl de wilg zwicht voor het kleinste briesje. Maar in de sterkste storm zal de eik breken, terwijl de wilg buigt en dus overleeft. Dus, uiteindelijk, wat is de sterkste van de twee?"