Meta l-Liġi ta’ Hooke ma tibqax biżżejjed...

Skont il-liġi ta 'Hooke, magħrufa mill-kotba tal-iskola, it-titwil ta' ġisem għandu jkun direttament proporzjonali għall-istress applikat. Madankollu, ħafna materjali li huma ta 'importanza kbira fit-teknoloġija moderna u l-ħajja ta' kuljum biss bejn wieħed u ieħor jissodisfaw din il-liġi jew iġibu ruħhom b'mod kompletament differenti. Il-fiżiċi u l-inġiniera jgħidu li materjali bħal dawn għandhom proprjetajiet reoloġiċi. L-istudju ta 'dawn il-proprjetajiet se jkun is-suġġett ta' xi esperimenti interessanti.

Ir-reoloġija hija l-istudju tal-proprjetajiet ta 'materjali li l-imġieba tagħhom tmur lil hinn mit-teorija tal-elastiċità bbażata fuq il-liġi ta' Hooke imsemmija hawn fuq. Din l-imġieba hija assoċjata ma 'ħafna fenomeni interessanti. Dawn jinkludu, b'mod partikolari: dewmien fir-ritorn tal-materjal għall-istat oriġinali tiegħu wara tnaqqis fl-istress, jiġifieri isteresi elastika; żieda fit-titwil tal-ġisem taħt stress kostanti, imsejjaħ fluss ieħor; jew żieda multipla fir-reżistenza għad-deformazzjoni u l-ebusija ta 'korp inizjalment tal-plastik, sad-dehra ta' proprjetajiet karatteristiċi ta 'materjali fraġli.

ħakkiem għażżien

Tarf wieħed ta 'ħakkiem tal-plastik twil 30 ċm jew aktar huwa ffissat fix-xedaq tal-morsa sabiex il-ħakkiem ikun pożizzjonat vertikalment (Fig. 1). Aħna niddevjaw it-tarf ta 'fuq tal-ħakkiem mill-vertikali ftit millimetri biss u rilaxxha. Innota li l-parti ħielsa tal-ħakkiem toxxilla diversi drabi madwar il-pożizzjoni tal-ekwilibriju vertikali u terġa 'lura għall-istat oriġinali tagħha (Fig. 1a). L-oxxillazzjonijiet osservati huma armoniċi, peress li f'diflessjonijiet żgħar il-kobor tal-forza elastika li taġixxi bħala forza ta 'gwida hija direttament proporzjonali għad-deflessjoni tat-tarf tal-ħakkiem. Din l-imġieba tal-ħakkiem hija deskritta mit-teorija tal-elastiċità. 

Ross. 1. Studju ta 'istereżi elastika bl-użu ta' ħakkiem

1 – ambulanza,

2 – xedaq viċi, A – devjazzjoni tat-tarf tal-ħakkiem mill-vertikali

Fit-tieni parti ta 'l-esperiment, aħna niddevjaw it-tarf ta' fuq tal-ħakkiem ftit ċentimetri, rilaxxha u nosservaw l-imġieba tagħha (Fig. 1b). Issa dan il-għan jerġa 'lura bil-mod għall-pożizzjoni ta' ekwilibriju tiegħu. Dan huwa minħabba li jinqabeż il-limitu elastiku tal-materjal tal-ħakkiem. L-effett imsemmi jissejjaħ isteresi elastika. Tikkonsisti fir-ritorn bil-mod ta 'korp deformat għall-istat oriġinali tiegħu. Jekk nirrepetu dan l-aħħar esperiment, inklinaw it-tarf ta 'fuq tal-ħakkiem saħansitra aktar, insibu li r-ritorn tiegħu wkoll ikun aktar bil-mod u jista' jieħu sa diversi minuti. Barra minn hekk, il-ħakkiem mhux se jerġa 'lura eżattament għall-pożizzjoni vertikali tiegħu u se jibqa' mgħawġa b'mod permanenti. L-effetti deskritti fit-tieni parti tal-esperiment huma biss wieħed minn suġġetti tar-riċerka tar-reoloġija.

Għasafar jew brimba li tirritorna

Għall-esperiment li jmiss se nużaw ġugarell li huwa rħis u faċli biex tixtri (xi kultant anke disponibbli fil-gabbani). Tikkonsisti f'figurina ċatta fil-forma ta' għasfur jew annimal ieħor, bħal brimba, imqabbda b'ċinga twila ma' manku f'forma ta 'ċirku (Fig. 2a). Il-ġugarell kollu huwa magħmul minn materjal elastiku, kemmxejn li jwaħħal bħal gomma. It-tejp jista 'jiġi mġebbed faċilment, u jżid it-tul tiegħu diversi drabi mingħajr ma jitqatta'. Aħna nwettqu esperiment ħdejn wiċċ lixx, bħal ħġieġ tal-mera jew ħajt tal-għamara. Aħna nżommu l-manku bis-swaba 'ta' id waħda u nagħmlu swing, u b'hekk nitfa 'l-ġugarell fuq wiċċ lixx. Tinduna li l-figura teħel mal-wiċċ u t-tejp jibqa’ stirat. Aħna nkomplu nżommu l-manku b'subgħajna għal diversi għexieren ta' sekondi jew aktar.

Ross. 2. Eżempju impressjonanti ta 'istereżi elastika, murija bl-użu ta' salib ta 'ritorn

1 – figurin tal-brimba, 2 – faxxa elastika,

3 – manku, 4 – palm, 5 – wiċċ lixx

Wara xi żmien, ninnutaw li l-figura se toħroġ f'daqqa mill-wiċċ u, miġbuda b'tejp li jiċkien, malajr terġa 'lura f'idejna. F'dan il-każ, bħal fl-esperiment preċedenti, iseħħ ukoll tnaqqis bil-mod tal-vultaġġ, jiġifieri, isteresi elastika. Il-forzi elastiċi tat-tejp tensjoni jegħlbu l-forzi ta 'adeżjoni tal-mudell mal-wiċċ, li jdgħajfu maż-żmien. Bħala riżultat, il-biċċa terġa 'lura għall-idejn. Il-materjal tal-ġugarell użat f'dan l-esperiment jissejjaħ mir-reologi viscoelastiku. Dan l-isem huwa ġġustifikat mill-fatt li juri kemm proprjetajiet li jwaħħlu - meta jeħel ma 'wiċċ lixx, kif ukoll proprjetajiet elastiċi - li minħabba fihom joħroġ minn dan il-wiċċ u jerġa' lura għall-istat oriġinali tiegħu.

Bniedem Dixxendenti

Ritratt 1. Figurina li tinżel minn ħajt vertikali hija wkoll eżempju eċċellenti ta 'istereżi elastika.

Dan l-esperiment se juża wkoll ġugarell ta 'materjal viscoelastic disponibbli faċilment (Ritratt 1). Huwa magħmul fil-forma ta 'figurina ta' raġel jew brimba. Dan il-ġugarell nitfgħu b’riġlejh estiżi u rasu mdawra fuq wiċċ ċatt vertikali, preferibbilment fuq ħajt tal-ħġieġ, mera jew għamara. Oġġett mitfugħ jeħel ma’ dan il-wiċċ. Wara xi żmien, li t-tul tiegħu jiddependi, fost affarijiet oħra, fuq il-ħruxija tal-wiċċ u l-veloċità tat-tfigħ, in-naħa ta 'fuq tal-ġugarell tinqala'. Dan iseħħ b’riżultat ta’ dak li ġie diskuss qabel. isteresi elastika u l-azzjoni tal-piż tal-figura, li tissostitwixxi l-forza elastika taċ-ċinturin preżenti fl-esperiment preċedenti.

Taħt l-influwenza tal-piż, il-parti separata tal-ġugarell titgħawweġ 'l isfel u toħroġ aktar sakemm il-parti terġa' tmiss il-wiċċ vertikali. Wara dan il-mess, jibda l-inkullar li jmiss tal-figura mal-wiċċ. Bħala riżultat, iċ-ċifra se terġa 'tiġi mwaħħla flimkien, iżda f'pożizzjoni ta' ras 'l isfel. Il-proċessi deskritti hawn taħt huma ripetuti, bil-figuri jqattgħu alternattivament is-saqajn u mbagħad ir-ras. L-effett huwa li l-figura tinżel tul wiċċ vertikali, u twettaq flips spettakolari.

Plastilina li tixxarrab

Ross. 3. Test tal-fluwidità tal-plastilina

a) sitwazzjoni inizjali, b) sitwazzjoni finali;

1 – palm, 2 – parti ta’ fuq tal-plastilina,

3 – indikatur, 4 – konstrizzjoni, 5 – biċċa plastilina mqatta’

F'dan u f'diversi esperimenti sussegwenti se nużaw it-tafal disponibbli fil-ħwienet tal-ġugarelli, magħruf bħala "tafal maġiku" jew "tricoline". Aħna knead biċċa plastilina f'forma simili għal dumbbell, madwar 4 ċm twil u b'dijametru tal-partijiet eħxen fi ħdan 1-2 ċm u dijametru tidjiq ta 'madwar 5 mm (Fig. 3a). Naqbdu l-moffa bis-swaba 'tagħna mit-tarf ta' fuq tal-parti eħxen u nżommuha bla ċaqliq jew imdendla vertikalment ħdejn il-markatur installat li jindika l-post tat-tarf t'isfel tal-parti eħxen.

Meta nosservaw il-pożizzjoni tat-tarf t'isfel tal-plastiline, ninnutaw li bil-mod miexja 'l isfel. F'dan il-każ, il-parti tan-nofs tal-plastilina hija kkompressata. Dan il-proċess jissejjaħ fluss jew creep ta 'materjal u jikkonsisti fiż-żieda tat-titwil tiegħu taħt l-influwenza ta' stress kostanti. Fil-każ tagħna, din it-tensjoni hija kkawżata mill-piż tal-parti t'isfel tad-dumbbell tal-plastilina (Fig. 3b). Mil-lat mikroskopiku kurrenti dan huwa r-riżultat ta 'bidla fl-istruttura ta' materjal li kien soġġett għal stress għal żmien pjuttost twil. F'punt wieħed, is-saħħa tal-parti mdejqa hija tant baxxa li tinkiser taħt il-piż tal-parti t'isfel tal-plastilina waħedha. Ir-rata tal-fluss tiddependi fuq ħafna fatturi, inkluż it-tip ta 'materjal u l-kobor u l-metodu ta' kif tiġi applikata l-istress għalih.

Il-plastilina li nużaw hija estremament sensittiva għall-fluss, u nistgħu narawha bl-għajn biss wara ftit għexieren ta’ sekondi. Ta 'min iżid li t-tafal maġiku ġie ivvintat b'inċident fl-Istati Uniti, matul it-Tieni Gwerra Dinjija, meta saru tentattivi biex jiġi prodott materjal sintetiku adattat għall-produzzjoni ta' tajers għal tagħmir militari. Bħala riżultat ta 'polimerizzazzjoni mhux kompluta, inkiseb materjal li fih ċertu numru ta' molekuli ma kinux marbuta, u r-rabtiet bejn molekuli oħra setgħu faċilment jibdlu l-pożizzjoni tagħhom taħt l-influwenza ta 'fatturi esterni. Dawn il-bonds "bouncing" jikkontribwixxu għall-proprjetajiet aqwa ta 'bouncing tat-tafal.

ballun mifrux

Ross. 4. Issettja għall-ittestjar tal-plastilina għat-tixrid u r-rilassament tal-istress:

a) sitwazzjoni inizjali, b) sitwazzjoni finali; 1 – ballun tal-azzar,

2 – bastiment trasparenti, 3 – plastilina, 4 – bażi

Issa agħfas il-plastilina maġika f'reċipjent żgħir trasparenti miftuħ fin-naħa ta 'fuq, u kun żgur li ma jkunx hemm bżieżaq ta' l-arja fiha (Fig. 4a). L-għoli u d-dijametru tal-bastiment għandhom ikunu diversi ċentimetri. Poġġi ballun tal-azzar b'dijametru ta' madwar 1,5 ċm fiċ-ċentru tal-wiċċ ta 'fuq tal-plastilina Ħalli l-bastiment bil-ballun waħdu. Kull ftit sigħat nosservaw il-pożizzjoni tal-ballun. Innota li tmur aktar u aktar fil-fond fil-plastilina, li, min-naħa tagħha, tmur fl-ispazju 'l fuq mill-wiċċ tal-ballun.

Wara żmien twil biżżejjed, li jiddependi fuq: il-piż tal-ballun, it-tip ta 'plastilina użata, id-daqs tal-ballun u l-pan, it-temperatura ambjentali, ninnutaw li l-ballun jilħaq il-qiegħ tal-pan. L-ispazju fuq il-ballun se jimtela kompletament bil-plastilina (Fig. 4b). Dan l-esperiment juri li l-materjal jiċċirkola u serħan mill-istress.

Plastilina jaqbeż

Ifforma ballun tafal maġiku u malajr waqqagħha fuq wiċċ iebes, bħall-art jew il-ħajt. Ninsabu sorpriżi li ninnotaw li l-plastilina tiżboq minn dawn l-uċuħ bħal ballun elastiku tal-gomma. Il-plastilina maġika hija korp li jista 'juri kemm proprjetajiet tal-plastik kif ukoll elastiċi. Jiddependi minn kemm tiġi applikata t-tagħbija malajr.

Meta l-istress jiġi applikat bil-mod, bħal fil-każ tal-għaġna, juri proprjetajiet tal-plastik. Min-naħa l-oħra, bl-applikazzjoni rapida tal-forza, li sseħħ meta taqbad ma 'art jew ħajt, il-plastilina turi proprjetajiet elastiċi. Il-plastilina maġika tista 'tissejjaħ fil-qosor korp elastiku tal-plastik.

Plastilina tensili

Ritratt 2. L-effett tat-tiġbid bil-mod tal-plastilina magic (it-tul tal-fibra mġebbda huwa ta 'madwar 60 ċm)

Din id-darba, ifforma ċilindru tal-plastilina maġiku b'dijametru ta 'madwar 1 ċm u tul ta' diversi ċentimetri. Aqbad iż-żewġt itruf bis-swaba tal-lemin u tax-xellug u poġġi r-romblu orizzontalment. Imbagħad bil-mod inxerrdu l-armi tagħna mal-ġnub f'linja dritta waħda, u b'hekk iġġiegħel li ċ-ċilindru jiġġebbed fid-direzzjoni assjali. Inħossu li t-tafal kważi ma joffri l-ebda reżistenza u ninnutaw li jonqos fin-nofs.

It-tul taċ-ċilindru tal-plastilina jista 'jiżdied għal diversi għexieren ta' ċentimetri sakemm tifforma ħajta rqiqa fil-parti ċentrali tagħha, li tinkiser maż-żmien (ritratt 2). Dan l-esperiment juri li bl-applikazzjoni bil-mod tal-istress fuq korp plastik-elastiku, huwa possibbli li tikkawża deformazzjoni kbira ħafna mingħajr ma tinqeredha.

Plastilina iebsa

Aħna nippreparaw iċ-ċilindru maġiku tal-plastilina bl-istess mod bħal fl-esperiment preċedenti u nagħlaq is-swaba tagħna mat-truf tiegħu bl-istess mod. Wara li kkonċentraw l-attenzjoni tagħna, aħna nfirxu dirgħajna mal-ġnub kemm jista 'jkun malajr, billi rridu niġġebbu ċ-ċilindru b'mod qawwi. Jirriżulta li f'dan il-każ inħossu reżistenza għolja ħafna tal-plastiline, u ċ-ċilindru, b'mod sorprendenti, ma jittawwal xejn, iżda jkisser f'nofs it-tul tiegħu, bħallikieku jinqata 'b'sikkina (ritratt 3). Dan l-esperiment juri wkoll li n-natura tad-deformazzjoni ta 'korp plastik-elastiku tiddependi fuq ir-rata ta' applikazzjoni tal-istress.

Il-plastilina hija fraġli daqs il-ħġieġ

Ritratt 3. Ir-riżultat ta 'tiġbid rapidu tal-plastilina maġika - tista' tara ħafna drabi inqas elongazzjoni u tarf li jaqtgħu, li jfakkar xquq f'materjal fraġli

Dan l-esperiment juri b'mod aktar ċar kif ir-rata ta 'stress taffettwa l-proprjetajiet ta' korp plastik-elastiku. Ifforma t-tafal maġiku f'ballun ta 'madwar 1,5cm fid-dijametru u poġġih fuq bażi solida solida bħal pjanċa tal-azzar tqila, inkwina jew art tal-konkos. Laqat il-ballun bil-mod b'martell li jiżen mill-inqas 0,5 kg (Fig. 5a). Jirriżulta li f'din is-sitwazzjoni l-ballun iġib ruħu bħal korp tal-plastik u jiġi ċċattjat wara li jaqa 'martell fuqu (Fig. 5b).

Ifforma l-plastilina ċċattjata f’ballun mill-ġdid u poġġiha fuq il-pjanċa bħal qabel. Erġajna nolqtu l-ballun bil-martell, iżda din id-darba nippruvaw nagħmluh malajr kemm jista 'jkun (Fig. 5c). Jirriżulta li l-ballun tal-plastilina f'dan il-każ iġib ruħu bħallikieku kien magħmul minn materjal fraġli, bħal ħġieġ jew porċellana, u mal-impatt jinfirex f'biċċiet fid-direzzjonijiet kollha (Fig. 5d).

Magna termali fuq meded elastiċi farmaċewtiċi

L-istress fil-materjali reoloġiċi jista 'jitnaqqas billi tiżdied it-temperatura tagħhom. Aħna se nużaw dan l-effett f'magna tas-sħana bi prinċipju operattiv aqwa. Biex tgħaqqadha ser ikollok bżonn: għatu bil-kamin tal-landa minn vażett, tużżana jew daqsxejn ta 'strixxi tal-gomma qosra, labra kbira, biċċa rettangolari ta' folja rqiqa tal-metall u lampa b'bozza sħuna ħafna. Id-disinn tal-mutur huwa muri fil-Fig. 6. Biex tgħaqqadha, aqta 'l-parti tan-nofs tal-għata sabiex ikollok ċirku.

Ross. 5. Metodu biex jintwerew il-plastilina u l-proprjetajiet fraġli tal-plastilina

a) hits bil-mod fuq il-ballun, b) hits bil-mod,

c) daqqa ta' malajr fuq il-ballun, d) l-effett ta' daqqa ta' malajr;

1 – ballun tal-plastilina, 2 – pjanċa iebsa u massiva, 3 – martell,

v – veloċità tal-martell

Fiċ-ċentru ta 'dan iċ-ċirku npoġġu labra, li hija l-assi, u npoġġu ċineg elastiċi fuqha sabiex f'nofs it-tul tagħhom jistrieħu maċ-ċirku u jkunu mġebbda sewwa. Il-meded tal-lastku għandhom jitqiegħdu b'mod simetriku fuq iċ-ċirku, u b'hekk tinħoloq rota b'spokijiet iffurmati minn strixxi tal-lastku. Liwja biċċa folja tal-metall f'forma ta 'parentesi b'armi estiżi, li tippermettilek tpoġġi ċ-ċirku magħmul qabel bejniethom u tkopri nofs il-wiċċ tagħha. Fuq naħa waħda tal-cantilever, fiż-żewġ truf vertikali tagħha, nagħmlu qtugħ li jippermettilna npoġġu l-assi tar-rota fiha.

Poġġi l-fus tar-rota fil-qtugħ tal-appoġġ. Aħna nduru r-rota b’subgħajna u niċċekkjaw jekk hijiex ibbilanċjata, i.e. tieqaf f'xi pożizzjoni? Jekk dan ma jkunx il-każ, ibbilanċja r-rota billi timxi ftit fejn il-lastiku jiltaqgħu maċ-ċirku. Poġġi l-parentesi fuq il-mejda u ddawwal il-parti taċ-ċirku li toħroġ 'il barra minn dirgħajha b'lampa qawwija ta' tisħin. Jirriżulta li wara xi żmien ir-rota tibda ddur.

Ir-raġuni għal dan il-moviment hija l-bidla kostanti fil-pożizzjoni taċ-ċentru tal-massa tar-rota bħala riżultat ta 'effett imsejjaħ reoloġija rilassament ta 'stress termali.

Dan ir-rilassament huwa bbażat fuq il-fatt li materjal elastiku enfasizzat ħafna jikkuntratta meta jissaħħan. Fil-magna tagħna, dan il-materjal huwa strixxi tal-gomma fuq in-naħa tar-rota li joħorġu mill-parentesi tal-parentesi u jissaħħnu b'bozza tad-dawl. Bħala riżultat, iċ-ċentru tal-massa tar-rota jinbidel lejn in-naħa koperta mill-armi ta 'appoġġ. Bħala riżultat tar-rotazzjoni tar-rota, il-meded tal-gomma msaħħna jaqgħu bejn id-dirgħajn tal-appoġġ u jitkessħu, peress li hemm huma moħbija mill-bozza. Erasers imkessħa jerġgħu jtawlu. Is-sekwenza tal-proċessi deskritti tiżgura rotazzjoni kontinwa tar-rota.

Mhux biss esperimenti spettakolari

Ross. 6. Disinn ta 'magna tas-sħana magħmula minn strixxi tal-lastku farmaċewtiċi

a) dehra tal-ġenb,

b) sezzjoni bi pjan assjali; 1 – ċirku, 2 – labra, 3 – gomom farmaċewtiku,

4 – parentesi, 5 – qtugħ fil-parentesi, 6 – bozza tad-dawl

Issa reoloġija huwa qasam li qed jiżviluppa malajr ta' interess kemm għall-fiżiċi kif ukoll għax-xjenzati tal-inġinerija. Il-fenomeni reoloġiċi jistgħu f'xi sitwazzjonijiet ikollhom effetti ħżiena fuq l-ambjent li fih iseħħu u għandhom jitqiesu, pereżempju fid-disinn ta 'strutturi kbar tal-azzar li jiddeformaw maż-żmien. Dawn jinqalgħu bħala riżultat tat-tixrid tal-materjal taħt l-influwenza ta 'tagħbijiet eżistenti u l-piż tiegħu stess.

Kejl preċiż tal-ħxuna tal-folji tar-ram li jkopru soqfa wieqaf u twieqi tal-ħġieġ imtebba’ fil-knejjes storiċi wrew li dawn l-elementi huma eħxen fil-qiegħ milli fil-wiċċ. Dan huwa r-riżultat kurrentikemm ram kif ukoll ħġieġ taħt il-piż tagħhom stess għal diversi mijiet ta 'snin. Fenomeni reoloġiċi jintużaw ukoll f'ħafna teknoloġiji ta 'produzzjoni moderni u ekonomiċi. Eżempju huwa r-riċiklaġġ tal-plastik. Ħafna mill-prodotti magħmula minn dawn il-materjali issa huma manifatturati permezz ta 'estrużjoni, tiġbid u blow molding. Dan isir wara li ssaħħan il-materjal u tiġi applikata pressjoni fuqu b'rata magħżula b'mod xieraq. Għalhekk, fost affarijiet oħra, fuljetti, vireg, pajpijiet, fibri, kif ukoll ġugarelli u partijiet tal-magni ta 'forom kumplessi. Vantaġġi importanti ħafna ta 'dawn il-metodi huma prezz baxx u ħielsa mill-iskart.