杜帅,对各种语言感兴趣 阅读原文 题主观察到的现象是很常见的,只是表述上用词不太专业而已。 铁条本身就有弹性,直着拉也会伸长,松开以后也可以恢复原样,这叫做轴向拉伸,即外力与铁条的轴线共线,只不过这个伸长量太小,肉眼难以察觉而已。如果将铁条绕成弹簧,施加相同的拉力,可以产生很大的变形,这是因为外力这时候与铁条轴线几乎垂直,使其发生弯曲和扭转,这与轴向拉伸相比,变形量会产生显著差距。 相同荷载产生的变形量大小,通常我们用柔度,而非弹性来表述。至于这两种情况差距有多大,我们可以简单算一下: 如果一个直的铁条,长度 ,弹模,横截面积 ,我们加一个轴向拉力 ,伸长量是 这是基本的材料力学公式。 现在我们把他做成弹簧,也就是绕成 圈,取其中一圈分析: 圆心角 对应 A 截面处内力: 弯矩 扭矩 总伸长量就是 半径与总长度关系 我们再假设铁条截面为圆形,直径为 ,那么截面相关几何参数为 面积 惯性矩 极惯性矩 那么我们将两个伸长量做个比值 这个比值只与几个量有关,钢铁的弹性模量与剪切模量之比 ,剩下的就是铁条的长度与截面直径之比 ,对于一根细长铁条来说,这个比值取 100 应该是合适的,还有一个圈数 ,我们暂定为 10,那么这个比值大约是 111 倍。 上式还可以简化为 很显然,铁条越细长,绕的圈数越少,弹簧就越容易被拉开。 阅读原文