細いけどたわまない金属

質問

金属の棒などをどんどん細くしていけば、たわんだりしてしまいます。
細くても丈夫でたわまない（振ったりしてもぷらぷら曲がったりせず、真っ直ぐな形状を保つような）ための性質は何でしょうか？
当然「硬さ」は必要でしょうが、他にも必要な性質はありますでしょうか？

回答No.5

tance

直径0.5mmのピアノ線を買ってきて振ってみてください。

たわみが不満足なようでしたら、下記の概算をしてみてください。

径が倍になるとたわみは1/8になります。（３乗に反比例）
長さが倍になるとたわみは8倍になります。（３乗に比例）

この関係から、できるだけ太く短くすることが効きます。（経験とも
一致すると思います）

材質は、たわみにくいものとしては普通は鉄がベストな選択です。
超鋼の線モノはまず手に入らないと思います。

激しく振るなどして、永久変形してしまうときは、ヤング率だけでは
なく、強度が大切になります。これは材料の組成や熱処理のしかたや
加工方法によって大幅に違います。同じ材料でも叩くと強くなったり
焼き入れなどの手法で強くできます。（鉄で鉄が切れる理由）

お礼

ピアノ線ですね。買って見てみます。
超鋼の線モノは手に入らないのですか・・・
激しく振ることはないです。
大変勉強になりました。ありがとうございます。

回答No.4

tance

振ってもたわまない、というのは程度問題ですが、極端な言い方を
すると、ヤング率無限大を意味するわけです。これは無理な話ですね。

手元の資料ではタングステンカーバイド（いわゆる超鋼）が一番ヤング
率が高いです。鉄の約2.6倍くらいです。あらゆる材料の比較ではない
ので、もっと高いものがあるかもしれません。他の回答を待ってください。

いくらヤング率が高くてももっと激しく振ればたわむわけですから、また
そっと振ってもそれなりにわずかにたわむのですから「振っても
たわまない」という条件は何とでも解釈できてしまいます。数字で
表現しないと答えはでてこないでしょう。

お礼

タングステンカーバイドですか、調べてみます。
確かに仰られるとおりです。
具体的に数字でとなるとわからないので
軽く振る程度ですかね。
直径0.5mmくらい、長さ100mm程度でもしっかりとしたもの
があるか探しているのですが・・・

いろいろご教授いただきありがとうございました。

回答No.3

apple-man

金属が曲がってしまうのは、金属を原子レベルで見たときに
転位（Dislocation)と言って、綺麗に並んだ金属の
原子の一部に原子の抜けが生じているためです。

　自由電子による金属結合は、原子の移動を食い止める
ほど強くないので、金属が外部から力を受けたとき
原子が抜けている部分に隣の原子が移動してしまう
といった現象が起こります。

こう言った原子の移動が金属内のいたるところで
起きるため、金属は変形してしまうんです。

＞真っ直ぐな形状を保つような）ための性質は何でしょうか？

　転位が全く生じていないことが必要です。

お礼

転位が全く生じないようにすれば曲がらずに
真っ直ぐの形状を保つことが出来るのですね。
勉強になりました。ありがとうございます。

回答No.2

debukuro

たわみにくい性質を「剛性ごうせい」と言います
「硬さ」は物を押し付けたときの「傷の付き難さ」であってたわみにくさとは別物です

お礼

硬さとたわみにくさは別物なのですね。
勉強になりました！ありがとうございます。

回答No.1

tance

必要な特性は高いヤング率だけです。

硬さには下記のようにいろいろな意味があります。
変形しにくさ
変形しても元に戻ること
割れにくさ
傷がつかない
etc...

変形しにくさはヤング率で表されます。
同じヤング率のものでも、永久変形するか、力を除くともとに戻るか
の違いがあり、こちらは「強度」と言います。

同じ厚み、大きさのガラス板とベニヤ板はどちらが硬いと思いますか？
落としたら割れるのはガラスですが、ひっかくと傷が付くのはベニヤ。

お礼

ヤング率が重要なんですね。
硬さにもいろいろな意味があるんですね。
勉強になります。

追加で質問なのですが
直径0.5mmくらいの棒でも、質問にある、
細くて丈夫でたわまない（振ったりしてもぷらぷら曲がったりせず、真っ直ぐな形状を保つような）ものは存在しますでしょうか？