108年:物治基礎(2)

有關材料彈性模量( modulus of elasticity )之敘述,下列何者正確?

A彈性模量是材料應力-應變曲線圖的斜率
B彈性模量 值愈大表示材料愈有延展性
C皮質骨相對於肌腱有較高的彈性模量
D彈性模量 值愈大表示材料較不具有緊度( toughness )

詳細解析

本題觀念:

本題考查生物力學(biomechanics)中「彈性模量(modulus of elasticity)」,又稱楊氏模量(Young's modulus, E)的定義與特性,以及不同組織的彈性模量比較。

選項分析

(A) 彈性模量是材料應力-應變曲線圖的斜率 描述正確,但非本題官方答案。彈性模量(E)的定義為:

E=應力(stress, σ應變(strain, εE = \frac{\text{應力(stress, } \sigma\text{)}}{\text{應變(strain, } \varepsilon\text{)}}

在應力-應變曲線的線性彈性區(linear elastic region),斜率即為彈性模量。斜率越大,材料越僵硬(stiff)。

(B) 彈性模量值愈大表示材料愈有延展性(ductility) 錯誤。彈性模量大 → 材料較僵硬(stiffer),需要較大的應力才能產生相同的應變。「延展性」是指材料在斷裂前能承受大量塑性形變的能力,與彈性模量無直接正相關——事實上,高彈性模量的材料(如皮質骨、陶瓷)通常延展性較差(偏脆性)。

(C) 皮質骨相對於肌腱有較高的彈性模量 正確,為本題正確答案。

  • 皮質骨(cortical bone)彈性模量:約 17–25 GPa
  • 肌腱(tendon)彈性模量:約 **1–2 G

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