Özgül dayanım

Özgül dayanım, yoğunluğa göre bölünmüş bir malzemenin gücü anlamına gelir (arızada birim alan başına kuvvet). Aynı zamanda direnç-ağırlık oranı veya mukavemet/ağırlık oranı veya dayanım-kütle oranı olarak da bilinir. Elyaf veya dokuma uygulamalarında, dayanıklılık, belirli bir gücün olağan ölçüsüdür. Özgül dayanım için SI birimi Pa m3/kg veya Nm/kg'dır, bu boyutsal olarak m2/s2'ye eşdeğerdir, ancak ikinci biçim nadiren kullanılır. Özgül dayanım, özgül enerji (spesifik enerji) ile aynı birime sahiptir ve bir nesnenin merkezkaç kuvveti nedeniyle ayrılmadan sahip olabileceği en yüksek dönme enerjisi ile ilgilidir.

Belirli gücü tanımlamanın bir başka yolu, kendi kendine destek uzunluğu olarak da bilinen kırılım uzunluğudur: malzemenin dikey bir sütununun en yüksek uzunluğu (sabit bir enine kesit varsayılarak), yalnızca üstte desteklendiğinde kendi ağırlığını askıya alabilir. Bu ölçüm için, ağırlık tanımı, malzemenin tüm uzunluğuna uygulanan, yükseklikle azalmayan, dünya yüzeyindeki yerçekimi kuvvetidir (standart yerçekimi, 9.80665 m/s2). Bu kullanım, belirli özel elyaf veya tekstil uygulamalarında daha yaygındır.

En yüksek özgül dayanımlara sahip malzemeler tipik olarak karbon fiber, cam elyafı ve çeşitli polimerler gibi elyaflardır ve bunlar sıklıkla kompozit malzemeler (örneğin karbon fiber-epoksi) üretmek için kullanılır. Bu malzemeler ve titanyum, alüminyum, magnezyum ve yüksek dayanımlı çelik alaşımları gibi diğerleri, ağırlık kazanımının daha yüksek malzeme maliyetine bedel olduğu havacılık ve diğer uygulamalarda yaygın olarak kullanılmaktadır.

Not: Çok duvarlı karbon nanotüpler henüz ölçülmüş olan herhangi bir malzemenin en yüksek çekme dayanımına sahiptir, laboratuvarlar bunları 63 GPa'lık bir çekme dayanımında üretmektedir, 300 GPa teorik sınırlarının oldukça altındadır. Yayınlanan çekme dayanımında ilk nanotüp ip (20 mm uzunluğunda) sonuçları (2000 yılında) yine teorik sınırlarının oldukça altında, 3.6 GPa'lık bir güce sahipti. Yoğunluk, üretim yöntemine bağlı olarak farklıdır ve en düşük değer 0.037 veya 0.55 (katı)'dir.

Uluslararası Uzay Asansörü Konsorsiyumu, belirli bir gücü tanımlayan SI birimleri için bir ad olarak "Yuri"'yi önerdi. Uzay asansörü kablo malzemelerinin tanımında özgül dayanım temel öneme sahiptir. Bir Yuri, gerilim altındaki bir malzemenin yoğunluk birimi başına verim gerilmesi (veya kırılma gerilmesi) için SI birimi olarak tasarlanmıştır. Yani, bir Yuri'nin birimleri Pa m3/kg'dır. Bu birim, gerilim altındaki halatın doğrusal yoğunluğu başına kırılma/çekme kuvveti olan bir N m / kg'a eşittir. İşlevsel bir Dünya uzay asansörü 30-80 MegaYuri'lik (3100–8200 km kesme uzunluğuna karşılık gelen) bir bağ gerektirecektir.

Boş enerji koşulu, herhangi bir malzemenin özgül dayanımına temel bir sınır koyar. Özgül dayanım c2 ~ kN · m/kg'dan daha büyük olmayacak şekilde sınırlanmıştır, burada c ışık hızıdır. Bu sınır, elektrik ve manyetik alan çizgileri, QCD akı tüpleri ve sicim teorisi tarafından varsayılan temel dizgilerle elde edilir.

Dayanıklılık, bir elyafın veya ipliğin dayanımının alışılmış ölçüsüdür. Genellikle, deniye tarafından bölünen lifin (gram-kuvvet birimlerinde) nihai (kopma) kuvveti olarak tanımlanır. Deniye, doğrusal yoğunluğun bir ölçüsü olduğundan, dayanıklılık birim alan başına bir kuvvet ölçüsü değil, özgül dayanıma benzer bir yarı boyutsuz ölçü birimi olarak kullanılır.