5力学性质
初中物理讲义力学5：弹力
沿弹簧形变的反方向
轻杆
可沿杆
轻杆弹力不一定沿杆方向，要依具体情形确定
可不沿杆
三、弹力大小和胡克定律
1、【弹力的大小】
与物体的形变程度有关，形变量越大，产生弹力越大；形变量越小，产生的弹力越小，形变消失，弹力消失轻绳、轻弹簧内部各处弹力大小相等．
2、【胡克定律】
（1）胡克定律
①内容：在弹性限度内，弹簧弹力F的大小与弹簧的伸长(或缩短)量x成正比．
②公式： ，式中 为弹簧的劲度系数，单位是牛顿每米，符号是N/m．
③图象：根据胡克定律，弹力与弹簧伸长量的关系可用F-x图象表示，如图所示．
这是一条通过原点的倾斜直线，其斜率 ．
④利用 图象，很容易得到胡克定律的另一种表达式： ， 是弹簧长度的变化量， 是弹力的变化量．
(3)说明
① 中的x是弹簧的形变量，是弹簧伸长(或缩短)的长度，而不是弹簧的总长度．
② 中的k是弹簧的劲度系数，它反映了弹簧的“软”“硬”程度，大小由弹簧本身的性质决定，与弹力大小无关，k大就是“硬”弹簧．
③在应用 时，要把各物理量的单位统一到国际单位制中．
(4)胡克定律只能计算轻质弹簧的弹力，而其他的弹力与形变量间的关系比较复杂，要找其大小，只能依物体的受力及运动状态来确定．
（1）两物体间直接接触；
（2）接触面发生弹性形变．
二、几种常见弹力及弹力方向的判定
几种常见弹力方向的判断情况如表所示：
类型
方向
示意图
说明
接触
方式
面与面
垂直公共接触面
支持力、压力一定垂直于接触面指向被支持或被压的物体，关键在于“面”的判断
点与面
过点垂直于面
点与点
垂直于切面
力学性质课件
拉伸试验机
应力 = P/F0 应变 = (l-l0)/l0
低碳钢的应力-应变曲线
拉伸试样
塑性流变—从低温到高温
(1) 低温区的塑性形变：T<0.4Tm时，位错滑移是主要的 形变机制。 屈服强度 取决于位错间的相互作用， 来源于位错越过短 程障碍的热激活过程， 它依赖于温度T和应变速率。
2. 断裂的基本形式：延性断裂和脆性断裂。 3. 断裂机理：
(1) 微孔集结断裂(韧性断裂) 断口上出现抛物线型的韧窝，主要是金属
和高聚物的断裂机理；
(2) 解理断裂(脆性断裂) 是一种低能量断裂，也是晶体材料中最脆的一种断
裂；沿晶体中解理面断开原子键而引起的断裂，非常平 坦，一晶粒内的解理裂纹具有平直性；一个晶粒内的一 条解理裂纹可同时在两个平行的解理面上扩展，形成解 理台阶。
陶瓷强度的测定： a. 弯曲强度：三点弯曲或四点弯曲方法； b. 抗拉强度：测定时技术上有一定难度，常用弯曲
强度代替，弯曲强度比抗拉强度高 20~40%； c. 抗压强度：远大于抗拉强度，相差10倍左右，特 别适合于制造承受压缩载荷作用的 零部件。
2、强度与塑性
• 强度：材料在外力作用下 抵抗变形和破坏的能力。 屈服强度s：材料发生微 量塑性变形时的应力值。 条件屈服强度0.2：残余变 形量为0.2%时的应力值。 抗拉强度b：材料断裂前 所承受的最大应力值。
a. Nabarro-Herring蠕变：外加拉应力于取向 不同的晶界，其空位形成能有了不同的变化，从 而导致晶界的空位平衡浓度不同，因而形成了在 晶粒内部的空位扩散。
物质的流动方向与空位流动方向相反，其 结果是晶粒沿拉伸方向发生应变。
b. Coble蠕变：在拉伸力的作用下，空位沿晶 界扩散。
八年级下册物理力学
八年级下册物理力学
八年级下册物理力学主要包括以下内容：
1. 力的概念：力是物体对物体的作用。
力的单位是牛顿，简称牛，用N表示。
2. 力的作用效果：力可以改变物体的运动状态，力可以改变物体的形状。
3. 力的性质：物体间力的作用是相互的，施力物体同时也是受力物体，反之，受力物体同时也是施力物体。
4. 力的三要素：力的大小、方向和作用点，它们都能影响力的作用效果。
5. 力的测量：可以使用测力计来测量力的大小，其中弹簧测力计是实验室常用的测量工具。
6. 二力平衡：当物体受到两个力的作用时，如果能保持静止状态或匀速直线运动状态，则这两个力相互平衡。
二力平衡的条件是二力作用在同一物体上、大小相等、方向相反、两个力在一条直线上。
7. 惯性和惯性定律：惯性是物体保持其原有运动状态不变的性质，与受力与否无关。
惯性定律即牛顿第一定律，是指当物体不受外力作用或所受外力合力为零时，物体将保持静止状态或匀速直线运动状态。
8. 力和运动状态的关系：力可以改变物体的运动状态，包括改变物体的运动速度和方向。
9. 功和功率：功是力在空间上的积累效应，等于力和在力的方向上通过的位移的乘积。
功率是表示做功快慢的物理量，等于功和时间的比值。
以上是八年级下册物理力学的主要知识点，建议查阅教辅资料或教材来获取更详细和准确的信息。
第5章 纤维的力学性质
纤维的力学性质
纤维的拉伸性质
拉伸性能指标 拉伸曲线 拉伸断裂机理及其影响因素 拉伸性质的测量
纤维力学性能的时间依赖性
应力松弛与蠕变 动态力学性能 纤维的弹性 纤维的疲劳
纤维的弯曲、扭转与压缩 纤维的表面力学性质
应力松弛(stress relaxation)
定义：在一定变形条件下，纤维内力随时间 增加而逐渐衰减的现象
纤维的力学性质
纤维的拉伸性质
拉伸性能指标 拉伸曲线 拉伸断裂机理及其影响因素 拉伸性质的测量
纤维力学性能的时间依赖性
应力松弛与蠕变 纤维的弹性 纤维的疲劳
纤维的弯曲、扭转与压缩
支点
重锤杆 L
上夹头
指针 标尺
纤维 G1
下夹头
G 转动机构
摆锤式强力仪
种类：Y161型单纤维强力机，Y162束纤维强力机， Y371型缕纱强力机和Y361型单纱强力机等
力传感器
上夹头 试样 v
下夹头
处
显示
理
单 元
打印绘图仪
换算单元 △l=vt
电子强力仪
Instron材料试验机（万能材料试验机），属于等速伸长型。 备有不同负荷容量的传感器，可以分别测定纤维、纱线、织 物或绳索的拉伸性能。 配有不同形式的夹头装置和附件，可以作拉伸、压缩、剪切、 弯曲和摩擦等性能。 可以进行定负荷或定伸长反复拉伸疲劳实验。 配有专门小气候，可在不同湿度条件下进行力学性能测定。
羊毛纤维在不同温度下的蠕变
伸长 (%)
负荷 (cN)
时间 (s)
羊毛纤维在不同负荷下的蠕变
提高温度和相对湿度可使纤维中大分子链间的次 价键力减弱，促使蠕变和应力松弛过程加速完成。
生产上可用高温高湿来消除纤维材料的内应力。
5种丛生竹材物理力学性质的比较
ｏ ｆ Ｆ ｏ ｒ ｅ ｓ ｔ ｒ ｙ ａ ｎ ｄ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ， Ｃ ｈ ａ ｎ ｇ ｓ ｈ ａ ４ １ ０ ０ ０ ０ ， Ｐ ．Ｒ．Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ） ； Ｌ ｉ ｕ Ｘ ｉ ｎ ｇ ｅ ， Ｙ ａ ｎ ｇ Ｓ ｈ ｕ ｍ ｉ ｎ （ Ｉ ｎ ｔ ｅ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ Ｃ ｅ ｎ ｔ ｒ ｅ ｆ ｏ ｒ Ｂ ａ ｍ ｂ ｏ ｏ ａ ｎ ｄ Ｒ ａ ｔ ｔ ａ ｎ ） ： Ｌ ｉ Ｘ ｉ ａ ｎ ｊ ｕ ｎ （ Ｃ ｅ ｎ ｔ ｒ ａ ｌ Ｓ ｏ ｕ ｔ ｈ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｆ ｏ ｒ ｅ ｓ ｔ ｒ ｙ ａ ｎ ｄ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ） ；Ｓ ｈ ａ ｎ ｇ Ｌ ｉ ｌ ｉ ， Ｓ ｈ ａ ｈ Ｈ ａ ｉ ｂ ｉ ｎ （ Ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｎ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ Ｃ ｅ ｎ ｔ ｒ ｅ ｆ ｏ ｒ Ｂ ａ ｍ ｂ ｏ ｏ ａ ｎ ｄ Ｒ ａ ｔ ｔ ａ ｎ ） ／ ／ Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ｌ ａ ｏ ｆ Ｎ ｏ ｒ ｔ ｈ ｅ ａ ｓ ｔ Ｆ ｏ ｒ ｅ ｓ ｔ ｙ ｒ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ． 一 ２ ０ １ ３， ４ １ （ １ ０ ） ． 一 ９ １ — ９ ３ ， ９ ７
第五章力学性质
拉伸曲线反映的指标: 1.断裂强力（或断裂强度） 2.断裂伸长（或断裂伸长率）
Pb b 600 0.4 0.12 s 0.06 a Y (y,y) 试样长度 20 mm 线密度 0.3 tex 纤维密度 1.5 g/cm3 0 0 0 0 Δla 0.1 10 2 0.2 20 4 Δl 伸长(mm)
L
v 重锤 G 支点
l R
称杆 上夹头 l0 纤维 下夹头
称杆上的重锤以等速v左移，使纤维受力拉伸， 上夹头上移量就是试样的伸长。
重锤左移产生力矩: M=Gl+G1L/2 纤维受力矩: M=P· R P=（Gl+G1L/2）/R
3．电子强力仪
力传感器
上夹头 试样 v
处 理 单 元
显示 打印绘图仪
下夹头
应力 σ (N/mm2=MPa)
300
比应力 p (N/tex)
0.2
Pa
0
负荷 P(N)
ε=应变 ε=应变率(%)
3.初始模量E
定义：纤维拉伸曲线上起始一段直线部分的斜率， 或伸长率为1%时对应的强力。
反应纤维在小负荷作用下变形的难易程度，它反映
了纤维的刚性。 E越大表示纤维在小负荷作用下不易变形，刚性较 好，其制品比较挺括； E越小表示纤维在小负荷作用下容易变形，刚性较 差，其制品比较软。 天然纤维：麻>棉>丝>毛； 再生纤维：富纤>粘胶>醋纤； 合成纤维：涤纶>腈纶>维纶>锦纶
三、常用纺织纤维的拉伸曲线
麻纤维断裂强度，初始模量大， 断裂伸长率和断裂比功小——硬 而脆 粘胶断裂强度、初始模量、断裂 比功均较低——软而弱 涤纶断裂强度、断裂伸长、初始 模量、断裂比功均较大——挺而 韧 涤纶断裂强度、断裂伸长、断裂 比功均较大，初始模量小——软 而韧 毛断裂强力低，断裂伸长高—— 韧性好
5. 高聚物的力学性能
L
L
N
H
（1）温度
(1)
(3)
应力
(2)
(4)
应变
（2）应变速率
(1)
(3)
应力
(2)
(4)
应变
强迫高弹形变的定义
处于玻璃态的非晶聚合物在拉伸过程中屈服点后产生
的较大应变，移去外力后形变不能回复。若将试样温度
升到其 Tg 附近，该形变则可完全回复，因此它在本质上 仍属高弹形变，并非粘流形变，是由高分子的链段运动 所引起的。 这种形变称为强迫高弹形变。
Stress
Yield stress
(4)断裂强度 (5)断裂伸长率 (6)断裂韧性
Strain
以应力应变曲线测定的韧性
d
量纲=Pam/m=N/m2 m/m= J/m3
材料在屈服点之前发生的断裂称为脆性断裂 brittle fracture ； 在屈服点后发生的断裂称为韧性断裂 ductile fracture 。
5.1.2细颈
1）细颈的形成原因
本质：剪切力作用下发生塑性流动 A0 F F
F
F
Fn F α F 正应力 0 A0 切向力 A Fs
A0 斜截面面积 A sin
F
法向力 Fn＝F·sinα
Fs＝F·cosα
A
法应力： n Fn 0 sin 2 切应力： S FS 0 sin cos 1 0 sin 2
A
plastic deformation 塑性形变
Strain hardening 应变硬化
A E A
O
A y
B
图 非晶态聚合物在玻璃态的应力-应变曲线
工程材料力学第五章材料在拉压时的力学性能
注意： 1. 低碳钢的s，b都还是以相应的抗力除以试样横截 面的原面积所得，实际上此时试样直径已显著缩小，因而 它们是名义应力。 2. 低碳钢的强度极限b是试样拉伸时最大的名义应力，
并非断裂时的应力。
3. 超过屈服阶段后的应变还是以试样工作段的伸长量 除以试样的原长而得， 因而是名义应变(工程应变)。
21
§5-3 其他塑形材料在拉伸时的力学性质
22
由－曲 锰钢 √ × √ ×
5%
强铝 √ × √ √
5%
退火球墨 铸铁 √ × √ √
5%
23
伸长率
p0.2(规定非比例伸长应力，屈服强度)
用于无屈服阶段的塑性材料
24
铸铁拉伸时的应力应变曲线 割线弹性模量 用于基本上无线弹性阶段
卸载及再加载规律
若在强化阶段卸载，则卸载过 程中F－Δl关系为直线。可见在强
化阶段中，Δl=Δle+Δlp。
卸载后立即再加载时，F－Δl 关系起初基本上仍为直线(cb)，直 至当初卸载的荷载——冷作硬化现 象。试样重新受拉时其断裂前所能
产生的塑性变形则减小。
13
(4) 阶段Ⅳ——局部变形阶段 试样上出现局部收缩—— 颈缩，并导致断裂。
2
胡克定律计算变形：
Fl FN l l EA EA
E
（ ≤ p
）
其中的弹性模量 E 及比例极限 P 怎么确定？
常数
其中泊松比
怎么确定？
3
实验条件
一、实验试样
拉伸试样
圆截面试样：l = 10d 或 l = 5d(工作段长度称为标距)。
矩形截面试样： l 11.3 A 或 l 5.65 A 。
第5章 土壤结构和力学性质
粉状土烘干重
沉降体积
g cm-3
3、影响容重的因素
有机质的含量 结构 耕作 土壤层次 土壤质地
三、土壤孔隙
（一）三相组成和孔隙度 1、三相组成指标
固相容积 固相率％＝ 土体容积 液相容积 液相率％＝ 土体容积 ×100
×100
空气容积 气相率％＝ 土体容积
×100
实容积率％＝
Clay
55 Sandy Clay Clay Loam
40
Silty Clay
Silty Clay Loam
60
壤土 Loamy/Silty Soils (medium textured)
60 35 20 Sandy Clay Loam Loam Silty Clay Loam
75 Silt Loam
（三）各级土粒的矿物组成和化学组成
1、土粒的矿物组成 2、土粒的化学成分和化学性质 3、土粒的物理性质
16
矿物组成
100 其它粘土矿物 硅酸盐原生矿物 层状硅酸盐 粘土矿物
50
石英
0
粘粒
粉粒
砂粒
化学成份
粗 细
高
SiO2
SiO2/R2O3
低
低
Al2O3 、Fe2O3 及盐基
高
化学组成（P、K、Ca）
第二节 土壤质地
Soil texture
三、土壤机械组成和质地
（一）土壤机械组成 土壤中各粒级的相对百分含量称为 土壤机械组成
(二）土壤质地
1、质地的定义 根据土壤的机械组成划分的土 壤类别。
国际制土壤质地分类：
前苏联制质地分类：
中国制质地分类：
Textural Triangle
七建筑材料的基本性质
建筑材料的基本性质主要包括物理性质、力学性质、耐久性、防火性、防辐射性等1、材料的组成与结构（1）材料的组成：化学组成；矿物组成。
（2）材料的结构：宏观结构；显微结构；微观结构；材料孔隙。
2、材料的物理性质（1）基本物理性质：体积密度、密度及表观密度，材料的孔隙率；散粒材料的堆积密度与空隙率。
（2）材料与水有关的性质：亲水性与憎水性、吸水性、耐水性、抗水性。
（3）材料与热有关的性质：导热性、热容量。
3、材料的力学性质（1）材料强度：材料在不同荷载下的强度；试验条件对材料强度试验结果的影响；强度等级或标号；比强度。
（2）材料变形：弹性变形；塑性变形。
（3）冲击韧性。
（4）硬度、磨损及磨耗。
4、材料的耐久性材料的化学组成、结构与构造一、材料的化学组成：是决定材料性质的内在因素之一。
主要包括：元素组成和矿物组成。
二、材料的微观结构材料的性质与材料内部的结构有密切的关系。
材料的结构主要分成：宏观结构、显微结构、微观结构从微观结构层次上，材料可分为晶体、玻璃体、胶体。
晶粒的大小对材料性质也有重要影响，一般晶粒愈细，分布愈均匀，材料的强度愈高。
所以改变晶粒的粗细程度，可使材料性质发生变化，如钢材的热处理就是利用这一原理。
由于胶体的质点很微小，其总表面积很大，因而表面能很大，有很强的吸附力，所以胶体具有较强的粘结力。
胶体结构与晶体及玻璃体结构相比，强度较低、变形较大。
三、材料的构造致密状、多孔状、微孔状、颗粒状、纤维状、.层状构造材料的物理性质一、材料的密度、表观密度、体积密度和堆积密度1、(一)、材料的密度材料在绝对密实状态下单位体积的质量（即重量）称为材料的密度。
ρ=m/v .（g/cm3）绝对密实状态下不含任何孔隙的体积磨成细粉用密度瓶测体积--密度致密的不规则散粒材料--排水法相对密度：无量纲(二)、材料的表观密度材料在自然状态下单位体积的质量称为材料的表观密度。
Ρ0=m/v0（kg/m3）（三）、体积密度材料在自然状态下，单位体积的质量。
材料的力学性质
材料的力学性质
材料的力学性质是指材料在外力作用下所表现出的特性，包括材料的弹性、塑性、蠕变、断裂等。
这些性质对于材料的设计、选择和应用具有重要的意义。
首先，弹性是材料最基本的力学性质之一。
弹性是指材料在受到外力作用后能
够恢复原状的能力。
当外力作用停止后，材料能够完全恢复到原来的形状和尺寸。
弹性是材料在工程应用中的重要性质，它直接影响着材料的使用寿命和安全性能。
其次，塑性是材料的另一个重要力学性质。
塑性是指材料在受到外力作用后能
够发生形变并能够保持形变的能力。
塑性材料在受到外力作用后会发生永久性变形，这种性质使得塑性材料在金属加工、塑料成型等方面具有重要的应用价值。
除了弹性和塑性，材料的蠕变性也是一个重要的力学性质。
蠕变是指材料在长
时间受到持续外力作用下发生的变形现象。
在高温、高压环境下，材料的蠕变性将对材料的稳定性和可靠性产生重要影响，因此在材料的设计和选用中需要充分考虑蠕变性。
最后，断裂是材料的另一个重要力学性质。
断裂是指材料在受到外力作用下发
生破裂的现象。
材料的断裂性质直接关系到材料的安全性能，因此对于材料的断裂性质需要进行充分的评估和测试。
综上所述，材料的力学性质对于材料的设计、选择和应用具有重要的意义。
弹性、塑性、蠕变和断裂是材料最基本的力学性质，它们直接影响着材料的使用寿命、安全性能和可靠性。
因此，在材料的设计和选用中需要充分考虑材料的力学性质，以确保材料具有良好的性能和可靠性。
第五章 纤维的力学性质
亚麻
0.87
1.51
1166.2
4.96 10-4
普通粘胶
0.75
1.52
515.5
2.03 10-4
强力粘胶
0.77
1.52
774.2
3.12 10-4
富强纤维
0.78
1.52
1419.0
5.8 10-4
涤纶
0.91
1.38
1107.4
5.82 10-4
腈纶
0.80
1.17
670.3
1
2.
单纤维拉伸性能与束纤维拉伸性能间数学关系。即：
(5-16)
著的粘弹性特征或称时间依赖性(time dependent)。典型的粘弹性表现有应力松弛、蠕变以及在交变载荷作用下应变落后应力的滞后性即动态力学性能。
一
1
纤维在拉伸变形恒定条件下，应力随时间的延长而逐渐减小的现象称为应力松弛。
(5-21)
令
有 (5-22)
式中 为动态弹性模量； 为动态损耗模量。
图5-22 动态拉伸性能应力、应变和模量关系图
并由此可得复模量E*为： (5-23)
动态损耗为： (5-24)
纤维动态力学性质的时间依赖性表现为其动态力学性质指标E*、 、 和tg是交变负荷频率(即时间)的函数。象一般光谱图一样，力学内耗峰的位置和形状是有其“指纹”特征的。
（4）断裂功指标
a．断裂功W：是指拉伸纤维至断裂时外力所作的功，是纤维材料抵抗外力破坏所具有的能量。
(5-11)
b．断裂比功Wv：一是拉断单位体积纤维所需作的功Wv，单位为N/mm2。
(5-12)
另一定义是重量断裂比功Ww，是指拉断单位线密度与单位长度纤维材料所需做的功，其计算式为：
5力学性质讲解
实例：萤石沿（ 111）方向有由 F-1组成的两个相邻面网， 其解理面平行（ 111）而产生。
工艺矿物学Ⅰ
5矿物的物理性质
适用专业：矿物加工工程
4）解理面通常沿着 化学键力最弱的方向。
如石墨为层状结构，层 内C—C的离子间距为
工艺矿物学Ⅰ
5矿物的物理性质
适用专业：矿物加工工程
2影响矿物解理发育的因素
解理是由 矿物的晶体结构决定的，由于 晶体结构具有 异向性，在不同的结晶方位上化学键力有差异。
解理往往沿着面网间中化学健力最弱的方向产生。表
现在以下方面：
1）解理面一般 平行于面网密度最大的面网。
从几何角度看，面网密度大， 面网间距也大，面网间 的引力就小 ，故解理容易沿此方向产生。
0.142nm，具共价键和π键；
石墨层间距离为 0.340 nm， 具分子键。
显然， 层内键力比层间的键 力强，故解理沿（ 0001）层
的方问产生。
工艺矿物学Ⅰ
5矿物的物理性质
适用专业：矿物加工工程
3 矿物解理的分级
根据矿物解理发育程度 ,矿物的解理 分为五个等级：
1）极完全解理
矿物在外力作用下 极易裂成薄片。解理面光滑、平 整，很难出现断口。
kg/mm 2
① 滑石 2
⑥ 正长石 930
② 石膏 35 ③ 方解石 172
⑦ 石英 1120 ⑧ 黄玉 1250
④ 萤石 248 ⑤ 磷灰石 610
⑨ 硬玉 2100 ⑩ 金刚石 ≈10000
工艺矿物学Ⅰ
5矿物的物理性质
适用专业：矿物加工工程
二) 影响矿物硬度的因素
物体的力学性质
物体的力学性质物体的力学性质是指物体在力的作用下表现出来的一系列性质和规律。
力学性质包括质量、惯性、重力、弹性等方面。
以下将详细论述物体的力学性质。
1. 质量质量是物体所固有的属性，是物体对于外力作用产生惯性的基本量。
质量越大，物体对外力的抵抗能力越强。
质量的单位是千克（kg），可以通过称重仪器进行测量。
质量是宇宙万物相互关联的基本性质，是物质存在和运动的基础。
2. 惯性惯性是物体保持运动状态不变的性质。
根据牛顿第一定律，物体如果没有外力作用，将保持静止或匀速直线运动。
物体的惯性受质量的影响，质量越大，惯性越大。
该性质可用于工程和交通运输中的设计，如汽车的刹车、平衡车的设计等。
3. 重力重力是地球或其他天体对物体所施加的吸引力。
根据普遍引力定律，两个物体之间的引力与它们的质量成正比，与它们之间的距离的平方成反比。
物体的重力是根据其质量和地球的引力作用决定的。
在地球上，重力是使物体垂直下落的力，可由质量乘以加速度的比例得到。
4. 弹性弹性是物体变形后能够恢复原状的性质。
该性质在材料科学、工程设计和体育器材等领域都有着重要的应用。
根据胡克定律，弹性力与物体的形变成正比，与其弹性系数有关。
如果物体的形变超过一定范围，就会超过其弹性极限，无法恢复原状，而产生塑性变形。
5. 摩擦力摩擦力是物体间存在的一种力，阻碍物体相对运动的发生。
它分为静摩擦力和动摩擦力两种形式。
静摩擦力是指在物体静止时阻止其运动的力，而动摩擦力是指物体相对滑动时遇到的阻力。
摩擦力的大小与物体表面的粗糙度有关，与物体的质量和受力面积也有关系。
6. 斥力和引力除了重力，物体之间还存在斥力和引力。
斥力是物体之间的相互排斥的力，如电荷相同的物体之间的斥力。
引力是物体之间的相互吸引的力，如地球和物体之间的引力。
根据库仑定律和万有引力定律，斥力和引力的大小与物体之间的距离和电荷量或质量有关。
总结：物体的力学性质包括质量、惯性、重力、弹性、摩擦力以及斥力和引力等。
5纤维的力学性质
纤维力学性质第一节单纤维拉伸性质测试标准的重要性标准测试条件举例指标体系典型拉伸曲线分析常见纺织纤维拉伸曲线常见纤维拉伸性质指标纤维拉伸机理及影响拉伸性的因素拉伸性能测试纤维拉伸破坏形态1.1测试标准的重要性（1）材料力学性质取决于组成该材料的分子排列，在不同纤维种类、同类纤维不同样本、或者同样本不同环境条件都会引起被测力学性质指标的差异，必须标准化测试环境；（2）不同横截面或不同长度纤维由于弱环(或称为缺陷)存在的几率不一样，对于纤维材料在横截面不能标准化前提下，必须标准化纤维待测区段长度；（3）纺织纤维是高分子粘弹性材料，受力变形曲线不是严格的一一对应单质函数曲线，取决于加载历史和加载方式，必须标准化加载条件；（4）纤维间性质差异性，要取得统计意义上的平均值，必须有足够的纤维根数。
Back1.2标准测试条件举例环境条件：Temperature: 20±3℃; Relative humidity (R.H.): 65±5%Back1.3指标体系断裂强力；断裂强度；断裂伸长率1.3.1断裂强力（绝对强力）P——是纤维能够承受的最大拉伸外力。
单位：牛顿（N）；厘牛（cN）；克力（gf）。
对不同粗细的纤维，强力没有可比性。
1.3.2强度用以比较不同粗细纤维的拉伸断裂性质的指标。
根据采用线密度指标不同，强度指标有以下几种：（1）比强度（相对强度）(specific strength 或tenacity)——是指每特（或每旦）纤维所能承受的最大拉力。
单位为：N/tex （cN/dtex ）；N/d （cN/d ）；gf/dtex 。
其计算式为： 式中：Ptex ——特数制断裂强度（N/tex ；cN/dtex ；gf/dtex ）；Pden ——旦数制断裂强度（N/d ；cN/d ；gf/d ）；P ——纤维的强力（N ；cN ；gf ）；Ntex ——纤维的特数（tex ，dtex ）；Nden ——纤维的旦数（d ）。
第五章 纤维力学性质.
第五章 纤维的力学性质
• 常见纺织纤维拉伸曲线
比应力
亚 麻 苎麻 棉
涤纶
锦纶 锦纶 蚕丝
腈纶
粘胶 醋酯
醋酯 羊毛
应变 (%)
图5-3 不同纤维的应力-应变曲线
第五章 纤维的力学性质
• 拉伸曲线可分为三类： （1）强力高，伸长率很小的拉伸曲线（棉、麻等
纤维素纤维）——拉伸曲线近似直线，斜率较大 （主要是纤维的取向度、结晶度、聚合度都较高 的缘故）； （2）强力不高，伸长率很大的拉伸曲线（羊毛、醋 酯纤维等）——表现为模量较小，屈服点低和强 力不高； （3）初始模量介于1.2之间的拉伸曲线（涤纶、锦 纶、蚕丝等纤维）。
最单纯的形变形式有两种：理想弹性变形 （虎克变形）；纯粘性流动（牛顿变形）。
第五章 纤维的力学性质
这两种基本变形的应力应变关系如下： 虎克变形：
；σ -应力，E-模量，ε -应变
牛顿变形：
η—粘滞系数，t-时间
第五章 纤维的力学性质
对以高分子为主要组成物质的纤维来讲，它 不仅具有弹性，而且也具有粘性，这种粘性与弹 性的组合即为粘弹性，具有粘弹性的物体即为粘 弹体，从应力应变的变化特性方面看，可以将 “材料在外力作用下，应力～应变的关系随时间 而变的性能”叫做粘弹性。
第五章 纤维的力学性质
• 多数纤维随相对湿度的提 高，纤维中所含水分增 多，分子间结合力越弱，结晶区越松散，因此纤 维的强度降低，伸长增大、初始模量下降。但天 然纤维素棉、麻的断裂强度和断裂伸长却随相 对 湿度的提高而上升。化学纤维中，涤纶、丙纶基 本不吸湿，它们的强度和伸长率几乎不受相对湿 度的影响。相对湿度对纤维强度与伸长度的影响， 视各自吸湿性能 的强弱而不同，吸湿能力越大的， 影响较显著，吸湿能力小的，影响不大。
力学性能的五个指标
力学性能的五个指标力学性能是指材料在受力作用下的变形和破坏的特性。
在工程领域中，力学性能的评估是非常重要的，它直接影响着材料的可靠性和安全性。
本文将介绍力学性能的五个主要指标：强度、韧性、硬度、刚性和延展性。
1. 强度强度是材料抵抗外部应力破坏的能力。
常见的强度指标有屈服强度、抗拉强度和抗压强度等。
屈服强度是指材料在受力后开始发生塑性变形的应力值，抗拉强度和抗压强度分别表示材料在拉伸和压缩过程中承受的最大应力。
强度指标的高低直接反映了材料的机械强度，能够评估材料在受力时的稳定性和耐久性。
2. 韧性韧性是指材料在受力过程中能够吸收较大能量而不发生破坏的能力。
它代表了材料的抗破坏能力和承受外力后的变形能力。
通常，韧性指标包括延伸率和断裂韧性。
延伸率是指材料在拉伸过程中发生塑性变形前的变形量，而断裂韧性则表示材料在破坏前能够吸收的能量。
韧性指标的高低可以评估材料在受力下的变形程度和抗震性能。
3. 硬度硬度是指材料抵抗外界压力的能力。
它反映了材料的耐磨性和抗刮擦能力。
硬度可以通过硬度试验来表征，常见的硬度试验有布氏硬度试验、洛氏硬度试验和维氏硬度试验等。
硬度指标的高低可以评估材料的耐磨性、耐腐蚀性和耐磨损性。
4. 刚性刚性是指材料在受力时难以发生形变的性质。
它反映了材料的刚性和不可塑性。
刚性可以通过弹性模量来评估，弹性模量表示材料在受力下的应变程度。
刚性指标的高低可以评估材料在受力时的变形程度和稳定性。
5. 延展性延展性是指材料在受力下能够延展或伸长的性质。
它描述了材料的可塑性和可加工性。
延展性可以通过伸长率来评估，伸长率表示材料在断裂前拉伸变形的程度。
延展性指标的高低可以评估材料的可加工性和可塑性。
总之，强度、韧性、硬度、刚性和延展性是评估材料力学性能的重要指标。
不同应用领域对这五个指标的要求不同，因此在选用材料时需要根据具体应用场景来综合考虑这些指标的优劣。
在工程设计和材料选择过程中，合理利用这些指标可以提高产品的质量和可靠性。
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将欲测矿物和硬度计中某一矿物相互刻划。
如某一矿物能划动磷灰石则其硬度大于磷灰石， 但又能被正长石所刻划，即其硬度小于正长石，则
该矿物的硬度为5到6之间，可写成5—6。
结晶学与矿物学
5矿物的物理性质
适用专业：矿物加工工程
注解：关于刻划硬度
实际对矿物进行鉴定时还可以用更简便的方法来代替硬 度计，比如指甲的硬度为2.5，铜币的硬度为3.5，小刀的 硬度为5.5，钢针的硬度为6.5。 矿物的硬度粗略地划分为：小于指甲(＜2.5)、指甲与 小刀之间(2.5—5.5)及大于小刀(＞5.5)三级。 此外，还可借助铜针(H＝3)、玻璃片(H＝5.5)、瓷器片 (H＝6—6.5)等来粗略确定矿物的硬度。 摩氏硬度只表示矿物间相对硬度大小，各级硬度间没有
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2影响矿物解理发育的因素
解理是由矿物的晶体结构决定的，由于晶体结构具有 异向性，在不同的结晶方位上化学键力有差异。
解理往往沿着面网间中化学健力最弱的方向产生。表
现在以下方面： 1）解理面一般平行于面网密度最大的面网。 从几何角度看，面网密度大，面网间距也大，面网间 的引力就小，故解理容易沿此方向产生。 例如金刚石的解理平行于{111} 。
设负荷为P(kg)，压痕对角线长度为d(mm)，根据负荷与
压痕表面积，计算以负荷／面积(kg／mm2)为单位的维克
显微硬度值。
p H v 2 sin . 2 2 d
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结晶学与矿物学
p H v 2 sin . 2 2 d
结晶学与矿物学 5矿物的物理性质 适用专业：矿物加工工程
结晶学与矿物学 5矿物的物理性质 适用专业：矿物加工工程
方铅矿
萤石
闪锌矿
重晶石
石墨
适用专业：矿物加工工程
结晶学与矿物学
5矿物的物理性质
在观察矿物的解理时，应该在矿物单体上观察，因为 矿物的解理是在单体上产生的，并且要注意解理面与晶面 的区别。
结晶学与矿物学
5矿物的物理性质
适用专业：矿物加工工程
3）中等解理 矿物在外力作用下，产生明显的 解理，解理面不太连续和光滑，有 断口。如白钨矿等。
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方解石的完全解理
适用专业：矿物加工工程
4）不完全解理
矿物在外力作用下，不易裂出解理面，解理面小而 不平整，易出现断口。（磷灰石）。 5）极不完全解理 矿物受外力作用后，极难出现解理，多形成断口， 一般称无解理。如石英、石榴石、黄铁矿等。
贝壳状
锯齿状
结晶学与矿物学
参差状
5矿物的物理性质
适用专业：矿物加工工程
土状
二）裂开
矿物晶体在外力作用下沿着一定结晶方向裂开的性质， 裂开的面称裂开面。从外表看，同解理很相似，但二者 成因不同。
1矿物产生裂开的原因
1)矿物裂开面可能是沿着双晶接合面特别是聚片双晶 的接合面发生。 2) 矿物沿某一面网存在有他种成分的细微包裹体，或 者是固溶体离溶物，这些物质作为该方向面网间的夹层， 有规律地分布，使矿物产生裂开(例如磁铁矿沿{111} 含Ti方向的裂开)。
4-2 矿物的力学性质
(包括：解理、硬度、延展性、脆性、弹性和挠性)
一、矿物的解理、断口和裂开
一）解理与断口
1、矿物的解理与断口的概念 解理与解理面 矿物受外力(敲打、挤压等)作用后，沿着一定的结晶方向 发生破裂，并能裂出光滑平面的性质称解理，这些平面称 解理面。 断口 如果矿物受外力作用，可在任意方向破裂并呈各种凹凸 不平的断面形状(如贝壳状、锯齿状),该断面为断口。
在实际矿物中，解理等级不完全受上述五个等级所限 制，有些矿物的解理，可能属于上述五个等级中的某两 个等级的过渡情况。
实例：
萤石、普通角闪石的完全解理，要比方铅矿、方解石的 完全解理差些，而比中等解理要好些，可以把它们视为 中等到完全解理。
只有晶质矿物才能产生解理，它是矿物固有的性质，
同种矿物具有相同的解理，是矿物重要的鉴定特征。
注解：
1、维克法测定矿物硬度较刻 划法精确，在应用时可换算 成摩氏硬度，赫鲁晓夫 (M．M．Xpymob)提出摩氏硬 度(HM)与维克硬度(Hv)间的转 换关系为：
H V 3.25H
3
M
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5矿物的物理性质
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注解2 摩氏硬度计中，十种矿物的压入硬度如下，单位 kg/mm2
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②离子电价
当晶体结构类型和离子半径相同时，离子电价越高， 键力越强，矿物硬度越大。
实例：萤石(CaF2)和方钍石(Th02)，二者具有相同的结 构，Ca2+ 、Th4+的离子半径也很相近(0.120nm和 0.112nm)，但Ca2+与Th4+电价不同，故萤石的硬度是4， 而方钍石是6.5。
矿物硬度随配位数的增大而增大。
配位数与堆积紧密程度相关，配位数增大，结构紧密 堆积程度随之增大，因此硬度大。
实例：Ca2+在方解石中的配位数为6，在文石中为9，后 者硬度大。
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⑤矿物中的水
矿物中无论含H2O分子或〔OH)-，都将使硬度降低。
实例：石膏(CaSO4.2H2O)的硬度是1.5—2，硬石膏(CaS04) 的硬度则是3—3.5。 三) 矿物硬度的异向性与对称性 1、硬度曲线
容易产生断口的矿物，由于其断口常具有一定的形态， 因此可用来作为鉴定矿物的一种辅助特征。
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4、矿物断口的形态
1）类型划分
贝壳状断口
断口呈椭圆形的光滑曲面，面上常出现不规则的同 心条纹，形似贝壳状。如石英和玻璃质矿物。 锯齿状
断口呈尖锐的锯齿状，延展性很强的矿物具有此种断 口。
① 滑石 2 ⑥ 正长石 930
② 石膏 35
⑦ 石英 1120
③ 方解石 172
⑧ 黄玉 1250
④ 萤石 248
⑨ 硬玉 2100
⑤ 磷灰石 610
⑩ 金刚石 ≈10000
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二)
影响矿物硬度的因素
1、矿物的硬度主要取决于矿物晶体结构的牢固程度，与
③结构堆积紧密程度
一般说来，晶体结构中原子(或离子)堆积紧密时，硬 度大，否则硬度小。
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实例：方解石与文石是CaCO3的同质多象变体，但前者 (相对密度2.72)比后者(相对密度2.94)结构“松弛”， 故方解石硬度是3，文石硬度是4。 ④配位数
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1、刻划法 在矿物学中一直沿用，摩氏硬度计是1822年由德国物
理学家FriedrichMohs所提出。摩氏硬度计由十种标准
矿物组成，按其软硬程度排列成十级：
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1）测定方法
化学键的类型及其强度密切相关。 具典型共价键的矿物硬度最大，具离子键的矿物硬 度中等，具金属键的矿物硬度较小，具分子键的矿物硬度 最小。
2、自然界中，具有离子晶格的矿物十分普遍，而离子键 其影响因素如下：
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的强度随离子性质的不同而有差异，因而矿物硬度变化大，
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二、矿物的硬度
矿物的硬度是指矿物抵抗外力刻划、压入或研磨等 机械作用的能力，是鉴定矿物的重要特征之一，矿物硬 度以H表示。 一）矿物硬度的测定方法 等，其中以前两种方法应用最为广泛。
测定硬度的方法很多，有刻划法、压入法、研磨法、
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5矿物的物理性质
由于矿物晶体结构具有对称性和异向性，导致矿物硬
度也具有对称性和异向性。
把晶面上不同方向的硬度值测出之后，取晶面中央一 点为中心，在不同的方向上，按硬度值的比例绘出半径， 连接半径末端所成的曲线，称为“硬度曲线”
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极完全解理
完全解理
中等解理
不完全解理
结晶学与矿物学
极不完全解理 5矿物的物理性质 适用专业：矿物加工工程
注解: 关于解理 矿物的解理与断口出现的难易程度互为消长。一个晶体 上如解理越发育，则断口出现的机会愈少。
解理既体现出矿物晶体的异向性，又体现出晶体的对称 性， 如重晶石属斜方晶体，平行{001}有一组完全解理，平 行{210}有二组中等解理。 不同种矿物，其解理发育程度不同。有些矿物无解理， 有些矿物有一组或数组程度不同的解理。
结晶学与矿物学 5矿物的物理性质 适用专业：矿物加工工程
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2）解理面常平行于由异号离子组成的电性中和的面网。 在电性中和的面网上，网内质点间的静电引力强，而
相邻面网间的静电引力弱。
实例：石盐的晶体结构中,（100）是由Na+和Cl-组成， 且数量相等而达到电性中和，故石盐沿 （100）产生解理。 3）当相邻面网为同号离子时，其间易产生解理。
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压入法因使用不同的压头和测试技术而有多种方法。其 中以英国维克斯-阿姆斯特朗公司制造的应用较广,
维克(Vicker)法(又称维氏法) ，其硬度以Hv或VHN表示。