弾性とは？1分でわかる意味、例、塑性との違い、対義語、金属とゴムの関係

この記事の要点

弾性とは、材料に外力を加えて変形しても、力を除くと元の形に戻る性質のことです。

ゴムを引っ張って離すと元に戻る動作が、弾性のわかりやすい例です。

建築構造で使う鋼材は、応力が降伏点以下であれば弾性域にあります。

降伏点を超えると塑性変形（永久変形）が生じます。

この違いを理解することが、建築物の安全設計の基礎になります。

補足：弾性の対義語は塑性で、降伏点を超えると塑性変形が生じ、元に戻らなくなります。

この記事では、弾性とは何か、弾性の例、塑性との違い、対義語、金属やゴムとの関係を整理します。

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弾性（だんせい）とは「物体に力を加えると変形し、力を取り除くと変形が無くなる（元の形に戻る）」性質です。

簡単にいうと、ゴムを引っ張って手を離すと元に戻るような性質が弾性です。

弾性の対義語として「塑性（そせい）」があります。塑性とは、力を取り除いても変形が残る状態です。

ゴムやガラスは、弾性材料の例です。また、鋼材のような金属も、降伏点以下では弾性としてふるまい、降伏点を超えると塑性変形が生じます。

材料に引張力を加えると、材料ごとの性質に応じて変形します。ゴムやガラスのように主に弾性的に変形して破断する材料もあれば、鋼材のように降伏点を境に塑性変形へ移る材料もあります。

今回は弾性の意味、例、塑性との違い、対義語、金属とゴムの関係について説明します。塑性、弾塑性の詳細は下記をご覧ください。

塑性とは？意味・弾性との違い・塑性化・靭性・延性をわかりやすく解説

弾塑性（だんそせい）とは？意味・読み方・弾性と塑性の違い・材料を解説

弾性域とは？1分でわかる意味、ひずみ、弾性変形と塑性変形、塑性域との違い

弾性とは？

弾性とは「物体に力を加えると変形し、力を取り除くと変形が無くなる（元の形に戻る）性質」です。下図をみてください。これが弾性です。

図　弾性

建築物の構造部材の設計は「弾性」の性質を利用します。下図に弾性状態における力と変形の関係を示します。

図　弾性と力と変形

上図のように弾性状態では基本的に、力と変形は比例関係にあります。よって「外力に対して、どのくらい変形するか？」など想定することが可能です。

また構造部材に生じる応力を「弾性範囲内」に抑えることで「地震のとき構造物は変形するが、地震が収まると元に戻る」ような設計が可能です。応力が弾性範囲内におさまれば、大きな損傷は生じません。

弾性の性質を利用した設計法を「弾性設計」といいます。詳細は下記が参考になります。

弾性設計法とは？許容応力度設計法との関係・塑性設計との違いをわかりやすく解説

一方、物体に作用させた力を取り除いても「変形が元に戻らない」ことを「塑性（そせい）」といいます。

塑性の詳細は下記が参考になります。

塑性とは？意味・弾性との違い・塑性化・靭性・延性をわかりやすく解説

弾性の例、金属とゴムの関係

弾性材料の例としてガラスやゴムがあります。下図をみてください。弾性材料の応力ひずみ線図を示しました。

図　弾性の例、応力ひずみ線図

ガラスやゴムなどの弾性材料は、最大耐力をむかえたのちに破断します。

一方、弾性と塑性の性質を持つ材料の１つが「金属」です。特に鋼（こう）は、建築物の構造部材に使います。鋼材の応力ひずみ線図を下図に示します。

応力ひずみ線図

上図のように鋼は「降伏」するまで弾性、降伏後は塑性の性質をもちます。降伏、塑性の詳細は下記をご覧ください。

降伏点とは？意味・求め方・引張強さとの違い【鋼材の応力ひずみ解説】

塑性とは？意味・弾性との違い・塑性化・靭性・延性をわかりやすく解説

弾性材料と弾塑性材料の代表例を下表に示します。

材料	弾性の特徴	建築での主な用途
ガラス	破断まで弾性（脆性材料）	窓・外装カーテンウォール
ゴム	大変形まで弾性	防振材・シーリング
鋼（降伏点以下）	弾性→塑性（降伏後は塑性変形）	柱・梁・ブレース
コンクリート	圧縮側で弾性的挙動、引張は脆性破壊	柱・壁・スラブ

弾性と塑性の違い

弾性と塑性の違いを下記に示します。

塑性　⇒　力を取り除いても変形が残る性質

弾性　⇒　力を加えると変形し、力を取り除くと元に戻る性質

弾性の対義語

弾性の対義語は「塑性（そせい）」です。なお関係用語として、靭性（じんせい）や延性（えんせい）があります。詳細は下記をご覧ください。

靱性（じんせい）とは？意味・靭性のある材料と建物の耐震性・脆性との違い

延性とは？靭性・脆性との違いと延性破壊・DS値（構造特性係数）への影響

混同しやすい用語

弾性

力を取り除くと元の形に戻る性質。弾性域内の変形は力と変形が比例（フックの法則）。

塑性

力を取り除いても変形が残る性質。降伏点を超えると塑性変形が始まる。

弾性設計

部材が弾性域内に留まるよう設計する方法。許容応力度設計法がこれに当たる。

弾性を整理した表を示します。

項目	内容	備考
弾性の定義	力を加えると変形し、取り除くと元に戻る性質	降伏点以下で成立
塑性との違い	力を取り除いても変形が残る（塑性変形）	降伏点を超えると塑性変形が生じる
弾性設計の考え方	構造物を弾性範囲内で設計する手法	中地震レベルの荷重を対象とする