さて今回は『弾性変形』について3分でサッと分かる記事です。
弾性変形とは何か？塑性変形など、、気になる人は絶対役に立ちますのでぜひ読んでみてください。
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弾性変形とは
弾性変形とはずばり『与えた負荷の分だけ伸び、負荷を取り除くと元に戻ってしまうような変形』のことです。
輪ゴムを軽い力で引っ張ることを想像すると分かりやすいですが、力を少しずつかけていくと、かけた力に応じてゴムが伸びますよね。今まさにゴムが伸びている状態がゴムが弾性変形している状態です。
そして引っ張るのをやめればゴムは元の大きさに戻ります。
応力（負荷）とひずみ（変形量）の関係をグラフ化したものが応力ーひずみ線図ですが、この線図上では弾性変形は下図のように表現されます。
弾性変形では、かけた負荷に比例して変形量が決まるので、応力ーひずみ線図では原点を通る直線として描かれます。
このとき、この比例係数（線図の傾き）をヤング率Eと呼びます。
ご存知の通り、この比例関係を表したものが『フックの法則』なので、フックの法則は弾性変形でのみ成り立つものという訳です。
弾性変形の大きさはどれくらいなのか？結論としては材質によって異なります。
これは、先ほど登場したヤング率が材質によって大きく変わることが大きな原因です。
材料力学で主に扱う金属材料（例として鋼）の場合は、ヤング率は206 GPaであり、弾性変形はせいぜい0.001〜0.002（0.1%〜0.2%）程度です。つまり、材料の元の長さが1000mmのときに1mmとか2mm伸びるぐらいなので、まあほとんど目に見えないほどの大きさです。
一方ヤング率が小さい（例えばゴム）材料の場合、ヤング率は1〜3MPa程度で鋼の100000分の1（十万分の一）程度にすぎず、弾性変形量は数百%にも及びます。これは元の長さの数倍に及ぶほどの弾性変形ができることを示しています。
まあ日常生活からだいたい想像できるとは思いますが、おおよそこのぐらいの相場ということを知っておくことは大事なことかなと思います。
もう一つの変形様式として『塑性変形』というものがあります。
これは『弾性変形』とは違って、負荷を取り除いても元に戻らない変形のことです。さきほど登場した応力ーひずみ線図で言うと、弾性変形の限界を超えたところが塑性変形になります。
塑性変形が始まったあとに負荷を取り除くと弾性変形分は元に戻りますが、完全には元に戻らず変形が残ります。この残った部分が塑性変形です。
ゴムを引っ張りすぎると、力を取り除いてもダラッと元に戻らないことがあると思いますが、それこそが塑性変形です。
ちなみに、金属の弾性変形は目に見えないほど小さいことを説明したが、塑性変形はしっかり目に見えて変形します。金属も大きな負荷をかけるとぐにゃっと曲がったりする訳ですが、この大きな塑性変形する能力こそが金属が持つ素晴らしい性質なのです。余談でした。
弾性変形から塑性変形に移行することを『降伏』といいます。ある負荷の大きさまでは弾性変形で耐えられるのですが、ある限界を超えると『もうだめだー』と塑性変形が始まってしまう訳ですね。
この限界の応力のことを『降伏点』と言ったり『降伏応力』と言ったりします。
（個人的にこのネーミングセンス好き）
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