什麼是伸長量計算器?
這款伸長量計算器可算出一根直桿構件在受到軸向力作用時,沿軸向會拉長(或縮短)多少。它運用的是均勻等截面桿件在彈性範圍內的虎克定律,是機械、土木與結構工程領域全球通用的基本原理。
計算公式
軸向伸長量的計算公式為:
$$\Delta L = \frac{\text{Force }F \cdot \text{Length }L}{\text{Area }A \cdot \text{Modulus }E}$$其中 \(F\) 為施加的軸向力(牛頓,N),\(L\) 為原始長度(公尺,m),\(A\) 為截面積(平方公尺,m²),\(E\) 為楊氏模數(帕斯卡,Pa)。本計算器同時會給出工程應變 \(\varepsilon = \Delta L / L\) 以及軸向應力 \(\sigma = F / A\)。
使用方式
輸入作用力、原始長度、截面積,以及材料的楊氏模數,所有數值都必須採用一致的 SI 國際單位制。計算結果會以公尺與公釐兩種單位顯示伸長量,並附上應變與應力。請務必將荷載控制在材料的彈性極限內——這條線性公式僅在降伏點以下成立。
範例計算
有一根鋼棒(\(E = 200\ \text{GPa} = 2 \times 10^{11}\ \text{Pa}\)),長度 2 m、截面積 0.0001 m²(100 mm²),承受 10,000 N 的拉力。則 $$\Delta L = \frac{10000 \times 2}{0.0001 \times 2 \times 10^{11}} = \frac{20000}{20{,}000{,}000} = 0.001\ \text{m} = 1\ \text{mm}.$$應變為 \(0.001 / 2 = 0.0005\),應力則為 \(10000 / 0.0001 = 100{,}000{,}000\ \text{Pa}\)(100 MPa)。
常見問題
這也適用於壓縮情況嗎?可以——使用相同公式,將作用力改為壓力即可;此時 ΔL 代表縮短量,前提是構件不會發生挫曲(buckling)。
應該使用什麼單位?請使用 SI 國際單位制:作用力用 N、長度與面積分別用 m 與 m²、模數用 Pa。混用單位(例如同時出現 mm 與 m)會導致計算錯誤。
計算結果一定準確嗎?本公式假設構件為均勻、線彈性,且荷載低於其降伏強度。一旦超過彈性極限,材料反應會變成非線性,此時本計算器便不再適用。