材料力學，理論與現實的差別

在講完了我們學習上最常接觸的力學的兩大領域後，我覺得我們可以再深入一點看看到大學當中才會出現的力學，材料力學。

基本上材料力學就是將所謂的剛體假設(不會變形)拿掉了，我們開始探討當物體受力後會怎麼樣變形，因此這邊在描述力的時候並不會單純用能量的觀點去看他，而是開始會與力作用的面積有關。在這邊主要會有兩種模式的力，也同時對應到兩種的變形，一種是與作用面垂直的力，拉力或壓力都算，而將力除面積就會得到應力，又稱作拉壓應力，將力除面積可以更好的描述力與變形之間的關係。而另一種是與作用面平行的力，被稱作剪力，從名字就可以看出來這種施力的方式，而同樣將力除面積，就變成剪應力。

在介紹完力的變化後，在材料力學中我們同樣會從複雜的假設開始介紹，從一維的力平衡開始，再加上所有變形都不會大於彈性極限。這邊順帶提議下彈性定律，就是虎克的那個，基本上所有材料可以大致上地分成兩種，塑性與脆性。塑性的材料在承受應力後可以具有彈性定律的特質，但一旦超過了抹個上線後，他的變形就再也不會回來了。而脆性的材料則是承受應力時前面仍會表現出一小部分的彈性變形，而一旦超過上限就會碎裂。

而基本上在以上這種複雜的假設下，材料的變形仍舊不會是一個定值那麼簡單，基本上會因為位於材料的不同位置而不同。在實際應用上我們通常為找受力最大的位置，檢查那個位置的變形是否超過容許範圍，來判斷是否需要更好的材料或是材料加厚。向我們在搭電梯使用的纜繩基本上都會經過這樣的分析，而且通常在最大承載重量下，工程師都還會再將計算結果乘上一定的安全係數，來保證安全。

除了在結構上的分析以外，變形有時候還可以來解決靜不定的問題。甚麼叫做靜不定？靜不定的問題是指，我們力的方程式數量少於未知數的數量，換句話說我們沒有足夠的方程式解決問題，因此這邊可以用變形來幫忙，近一步分析出我們未知的力。

而在對材料的變形有基本的了解後，這邊就會依據科系的不同而對不同的東西進行分析，進而延伸出不同領域，最常見的分析有土木的結構分析、機械的強度分析與材料的材料分析等等。可是在運算上這部份很麻煩，所以感謝前人，有人計算出了基本結構的變形與受力狀況，因此我們只需要在分析結構時，將複雜結構拆解成許多基本結構後，在查書就好。而且受益於科技的進步，電腦的運算速度越來越快，讓一種模擬辦法可以幫助我們解決問題。他被稱為有限元素法，這除了可以處理結構問題以外，還有許多的應用領域，雖然有這還是需要實驗結果作為輔助的缺點，但已經能夠幫助我們省下大筆的經費，而這又是另外一個故事了。

最後感謝看到這邊，每天的文筆鍛鍊真是有夠痛苦的，這邊是抱怨且常常打錯字的作者，看看就好，那怕不懂也沒關係，考試又不會考，我們下次見！