弾性体とは？ヤング率・ばね定数・応力との関係と塑性体との違い

この記事の要点

弾性体とは、力を加えると変形し、力を取り除くと元の形に戻る性質（弾性）を持つ物体のことです。

補足：弾性体の変形はフックの法則（σ＝Eε）に従い、ヤング率Eが大きいほど変形しにくくなります。

この記事では、弾性体とは何か、応力とどう関係するのかを整理します。

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弾性体（だんせいたい）とは、弾性の性質をもつ物体です。

弾性とは、力を加えると変形し取り除くと元の形に戻る性質です。

今回は弾性体の意味、ヤング率、材料、応力、ばね定数との関係について説明します。

また、似た用語に塑性があります。弾性、塑性、ヤング率の意味は、下記が参考になります。

弾性と塑性の性質について

ヤング係数（弾性係数）とは？求め方と公式、単位、材料ごとの値【図解】

弾性体とは？

弾性体（だんせいたい）とは、弾性の性質を持つ物体です。バネを思い出してください。バネは押すと縮み、離すと元に戻りますね。

下図をみてください。力を加えると変形しましたが、力を抜くと元に戻りました。

弾性体

建築物に使う材料のほとんどが「弾性体」です。想像しづらいかもしれませんが、コンクリートや鋼なども「弾性体」です。すごく固いバネだとお考え下さい。

弾性とは、力を加えると変形し、取り除くと元の形に戻る性質です。弾性の意味は、下記が参考になります。

弾性と塑性の性質について

力と変形の関係は、材料毎に違います。鋼とコンクリートは弾性を持ちますが、

「同じ力をかけても変形量」が違います。材料のかたさは、ヤング率で表されます。ヤング率の意味は、下記が参考になります。

ヤング係数（弾性係数）とは？求め方と公式、単位、材料ごとの値【図解】

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弾性体の読み方

弾性体は「だんせいたい」と読みます。関係用語の読み方を下記に示します。

弾性　⇒　だんせい

塑性　⇒　そせい

弾性体のヤング率と応力、ばね定数の関係

弾性体は、力を掛けると変形し、力を取り除くと元に戻ります。この性質を弾性といいます。

前述したようにヤング率は材料固有の値です。またヤング率と同様に、弾性体のかたさを表す用語として「ばね定数」があります。

ばね定数は、

ｋ＝EA／L

で計算されます。ｋはバネ定数、Eはヤング係数、Aは部材断面積、Lは部材の元の長さです。ばね定数の詳細は、下記が参考になります。

ばね定数とは？公式k=F/δ・ヤング率との関係と構造解析（バネモデル）での使い方

弾性体と材料の関係

建築で使う材料のほとんどが、弾性体です。例えば、構造部材に使う材料として

コンクリート

鋼

木

アルミニウム

などがあります。それぞれヤング率が違い、上記の中では「鋼」が最も変形しにくい（かたいバネ）です。建築材料の詳細は、下記が参考になります。

建築材料の種類と特徴｜構造材料・仕上材・最新材料の一覧

混同しやすい用語

弾性体

弾性の性質を持つ物体。力を取り除くと元の形状に戻る。

ヤング率（弾性係数E）

弾性体の変形しにくさを示す指数。σ＝Eε で使う。値が大きいほど剛性が高い。

ばね定数

力と変形の比（k＝F/δ）。ヤング率・断面積・長さから決まる。剛性と同義で使われることも多い。

弾性体を整理した表を示します。

項目	内容	備考
弾性体の定義	弾性の性質をもつ物体	力を除くと変形が回復する
ヤング率の大小（目安）	鋼 > コンクリート > 木材	値が大きいほど変形しにくい（剛性が高い）
ばね定数との関係	断面積・長さとヤング率から求められる	k = EA/L（軸方向の場合）