比強度

比強度（ひきょうど、英語: specific strength）または強度重量比・重量比強度 (strength‐to‐weight ratio, strength/weight ratio) は、物質の強さを表す物理量のひとつで、密度あたり引っ張り強さである。つまり「引っ張り強さ ÷ 密度」で得られる。比強度が大きいほど、軽いわりに強い材料である。

比強度 specific strength
量記号
次元	T－2 L2
種類	スカラー
SI単位	N·m/kg

破断長 breaking length
量記号
次元	L
種類	スカラー
SI単位	m

引っ張り強さのSI単位はパスカル Pa (= N/m²)、密度のSI単位はキログラム毎立方メートル kg/m³ なので、比強度のSI単位はニュートンメートル毎キログラム N·m/kg となる（実際は接頭語をつけた kN·m/kg が多い）。なお、計算上 N·m/kg = J/kg = m²/s² だが、比強度の単位としては N·m/kg と表す。

破断長・破壊長 (breaking length) または self support length、characteristic height は、「引っ張り強さ ÷ 重量密度」、言い換えれば、「比強度 ÷ 重力加速度」である。比強度に比例するが長さの次元を持ち、長さの単位 m（実際は km が多い）で表される。破断長の物理的な意味は、細長い柱体を鉛直にぶら下げたときに、破断せず自重を維持できる最大の長さ（高さ）である。厳密には、破断長は重力加速度に反比例するので物性のみでは決まらないが、通常は標準重力加速度 9.80665 m/s² で計算して物性固有の値とみなす。

古い文献では、比強度として単位にキログラム毎平方ミリメートル kg/mm² を使っているものがある。これは実際は重力単位系の重量キログラム毎平方ミリメートル kgf/mm² の意味で、「引っ張り強さ ÷ 密度」の引っ張り強さを kgf/mm² で表し、密度の代わりに無次元量の比重を使って計算した値である。言い換えれば、破断長に水の密度 1000 kg/m³ を掛けたということであり、1 kg/mm² ÷ 1000 kg/m³ = 1 km より、数値は破断長/kmと同じである。

比強度・破断長の値

物質	引っ張り強度 /MPa	密度 /(g/cm3)	比強度 /(kN·m/kg)	破断長 /km	出典
コンクリート	00010	02.30	00004.35	0000.44
ゴム	00015	00.92	00016.3	0001.66
マグネシウム	00090	01.74	00051.8	0005.27	[1]
ステンレス鋼304	00505	08.00	00063.1	0006.4	[2]
真鍮	00580	08.55	00067.8	0006.91	[3]
ナイロン	00078	01.13	00069.0	0007.04	[4]
オーク材	00060	00.69	00086.95	0008.86	[5]
ポリプロピレン	00080	00.90	00088.88	0009.06	[6]
アルミニウム合金	00600	02.70	00222	0022.65	[7]
チタン合金 Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr	01250	04.61	00260	0027.65	[8]
マグネシウム合金	00510	01.86	00274	0027.87	[9]
バルサ材 (軸向き)	00073	00.14	00521	0053.2	[10]
Scifer steel wire	05500	07.87	00698	0071.2	[11]
炭素繊維強化プラスチック	01240	01.58	00785	0080.0	[12]
蜘蛛の糸	01400	01.31	01069	0109
シリコンカーバイド	03440	03.16	01088	0110	[13]
ガラス繊維	03400	02.60	01307	0133	[14]
1μm 鉄ホイスカー	14000	07.87	01794	0183
ベクトラン	02900	01.40	02071	0211
炭素繊維AS4	04300	01.75	02457	0250
ケブラー	03620	01.44	02514	0256	[15]
スペクトラ	03510	00.97	03619	0369	[16]
ザイロン	05800	01.54	03766	0384	[17]
炭素繊維東レ T1100G	07000	01.79	03911	0399	[18]
コロッサルカーボンチューブ	06900	00.116	59483	6066	[19]
カーボンナノチューブ（不確実）	62000	00.037 –1.34	46268 –N/A	4716 –N/A	[20][21]

出典

1. レアメタル便覧
2. “ASM Material Data Sheet”. asm.matweb.com. 2015年10月20日閲覧。
3. RoyMech: Copper Alloys
4. Goodfellow: Polyamide - Nylon 6
5. Delft University of technology: Oak wood
6. Goodfellow: Polypropylene
7. Vectran fiber: specific strength
8. “AZo Materials Data Sheet”. azom.com. 2016年11月14日閲覧。
11. 52nd Hatfield Memorial Lecture: "Large Chunks of Very Strong Steel" by H. K. D. H. Bhadeshia 2005
12. McGRAW-HILL ENCYCLOPEDIA OF Science & Technology, 8th Edition, (c)1997, vol. 1 p 375
13. Specialty Materials, Inc SCS Silicon Carbide Fibers
15. Network Group for Composites in Construction: Introduction to Fibre Reinforced Polymer Composites
16. Spectra Fiber - Honeywell Advanced Fibers and Composites
17. Toyobo Co.,Ltd.. “ザイロン®(PBO 繊維)技術資料 (2005)” (free download PDF). 2012年11月4日閲覧。
18. Toray Composites Materials America, Co., Ltd.. “T1100S, INTERMEDIATE MODULUS CARBON FIBER” (free download PDF). 2018年9月17日閲覧。
19. Peng, H.; Chen, D.; et al., Huang J.Y. et al. (2008). “Strong and Ductile Colossal Carbon Tubes with Walls of Rectangular Macropores”. Phys. Rev. Lett. 101 (14): 145501. doi:10.1103/PhysRevLett.101.145501.
20. Yu, Min-Feng; Lourie, O; Dyer, MJ; Moloni, K; Kelly, TF; Ruoff, RS (2000). “Strength and Breaking Mechanism of Multiwalled Carbon Nanotubes Under Tensile Load”. Science 287 (5453): 637–640. doi:10.1126/science.287.5453.637. PMID 10649994.
21. K.Hata. “From Highly Efficient Impurity-Free CNT Synthesis to DWNT forests, CNTsolids and Super-Capacitors” (free download PDF). 2009年12月2日閲覧。