能量與材料的相互作用
本小節分為六個部分：
1 機械能與材料：彈性與強度
2 機械能與材料：屈服與斷裂
3 材料力學特性小結
4 熱能與材料
5 化學能與材料
6 聲能與材料
2 機械能與材料：屈服與斷裂
我們說材料會「失效」，也就是說它被大力弄壞掉。壞的過程一般分成兩階段。當外力使材料產生了永久、不可恢復的形變，我們把它叫做「屈服」。又當外力使材料在某個點斷開，我們把它叫做「斷裂」。
以下我們以抗拉過程為例說說：
屈服
當一個力加在材料上，增大的時候，材料會逐漸地發生「彈性形變」。這個階段，如果撤走外力，它還是會回到原來的樣子。而材料總有一個忍受的極限，我們叫做「屈服點」，用的力過了這個點，就算撤去，材料也不會恢復了。但過了這個點之後，材料尚未至於失效，而是進入「塑性形變」階段，會被拉得更長。
斷裂
在被拉長的過程當中，材料會產生裂縫，最終裂縫延伸成面，使其完全斷裂。一旦材料斷裂，也就意味著它的力學貢獻終結了。
一般來說，裂紋會垂直於拉力方向產生。但在不同材料當中表現都不一樣：材料是韌還是脆？晶體或非晶體？如在晶體材料中，裂縫會沿著晶粒晶界走向生長。在玻璃類的非晶態材料中，一些複雜機理，至今還難以搞懂。
多數的材料，在受力的過程當中會依次度過「屈服」-「斷裂」過程。同一種材料在不同的測試條件（如溫度）下會有差別。一種材料如果迅速斷裂，我們叫他「脆性材料」。一種材料如果屈服後尚能堅持一會兒再斷裂，我們叫他「韌性材料」。同樣的元素，生產工藝不一樣，形成的微觀結構也會有截然不同的性質——比如鑄鐵更脆，但鍛鐵更韌。
脆性斷裂
脆性的材料，在一開始受力的時候變形比較小，一旦受力增加到接近斷裂，它的裂紋會迅速增長至斷裂。
脆性材料的失效，很大程度由它的晶體/非晶體結構決定。在晶態材料上，拉力會直接使晶體的介面分離。在非晶態材料，比如玻璃，斷裂面會呈現一個個小小的弧形面，叫做「貝殼狀斷裂」。我們的祖先在舊石器時代，就經常能在打黑曜石器的時候看到這一現象。
韌性斷裂
在韌性材料受到拉力的時候，它會先屈服，然後經過一段塑性的變化，最後才完全斷開。我們不能說某裂縫導致斷裂，因為在拉伸的過程當中，它的最弱的地方變得越來越細，受到的力就會成倍增加，最終就在最弱的地方，徹底斷開。在這個塑性形變途中，如將力撤去，材料也不會彈回去，也不會斷成兩份，而是保持當下的形狀。
使得一種材料失效的最大應力，叫做「斷裂強度」或者「破壞強度」。在實驗室裡面用萬能力學測試機對標準的樣品做測試，可以得到一條「應力-應變」曲線。數據範圍就是從零到斷裂。再稍加計算，就能得到我們需要的多個實用的數據。
我們常說屈服是一個不好的品格——但是這個過程當中，他們阻擋（吸收）了巨大的能量，有時甚至能夠使自身拉長兩倍或以上。這在建築材料當中，可是一種重要的性能。
一個材料的韌性越好，它的裂紋生長至「臨界裂紋長度」時吸收的能量就越多。有一些材料的彈性非常好，但是臨界裂紋長度非常短。比如彈簧鋼，雖然它在受力的時候可以變形很大並且能恢復，但只要它有一點點的裂紋，就會迅速斷掉。另外有一些材料，就算產生了很長的裂紋，還依然能受力，不斷裂。
材料的臨界裂紋長度可以用來解釋金屬疲勞和加工硬化。根據格里菲斯在1920年提出的理論，所有材料都會在工作當中，累積微觀的裂紋。這些微小的應力在物體內部殘留——直到某一個時刻突然完全斷裂。
希望大家別把自己繃太緊喲！
