ガラス繊維はなぜ柔らかくて丈夫なのか

ガラスは硬くて脆い素材です。 ただし、高温で溶かし、小さな穴を通して非常に細いガラス繊維に急速に引き込む限り、この材料は非常に柔軟です。 同じガラスでも、なぜ一般的なブロックガラスは硬くてもろいのに、ファイバーグラスは柔らかくて丈夫なのでしょうか？ 実際、これは幾何学的原理に従ってよく説明できます。
棒を曲げると想像してください (折れていないものと仮定して)、棒のさまざまな部分がさまざまな程度に変形します。具体的には、外側は伸び、内側は圧縮されますが、軸のサイズはほとんど変わりません。 同じ角度で曲げる場合、スティックが細いほど外側の伸びの度合いは小さくなり、内側の圧縮の度合いは小さくなります。 換言すれば、薄いほど、同じ曲げ角度における局所的な引張変形または圧縮変形の程度は小さくなる。 ガラスも例外ではなく、あらゆる材料はある程度の連続変形を起こす可能性がありますが、脆性材料が耐えられる最大変形は延性材料よりも小さくなります。 ガラス繊維が十分に細い場合、たとえ大きな曲げが生じたとしても、その局所的な引張または圧縮変形は材料の耐力範囲内で非常に小さいため、破損することはありません。
材料の靭性や脆性は絶対的なものではないことがわかります。 材料の性能は、その内部組成や構造だけでなく、そのスケールにも関係します。 さらに、力の負担モードなどの要因にも関係します。 たとえば、多くの材料は、非常に遅い外部作用の下では流体として動作し、急速な外部作用の下では剛体のように動作します。 したがって、材料特性を分析する際には、特定の用途や影響を受けるシナリオも考慮する必要があります。