Хукийн хууль хангалтгүй болсон үед...

Сургуулийн сурах бичгүүдээс мэддэг Хукийн хуулийн дагуу биеийн суналт нь хэрэглэсэн стресстэй шууд пропорциональ байх ёстой. Гэсэн хэдий ч орчин үеийн технологи, өдөр тутмын амьдралд маш чухал ач холбогдолтой олон материал нь зөвхөн энэ хуулийг дагаж мөрддөг эсвэл огт өөр байдлаар ажилладаг. Ийм материал нь реологийн шинж чанартай байдаг гэж физикч, инженерүүд хэлдэг. Эдгээр шинж чанарыг судлах нь зарим сонирхолтой туршилтуудын сэдэв байх болно.

Реологи гэдэг нь дээр дурьдсан Хукийн хуульд үндэслэн уян хатан байдлын онолоос давсан шинж чанар бүхий материалын шинж чанарыг судалдаг шинжлэх ухаан юм. Энэ зан үйл нь олон сонирхолтой үзэгдэлтэй холбоотой байдаг. Үүнд, тухайлбал: хүчдэлийн уналт, тухайлбал уян харимхай гистерезис үүссэний дараа материалыг анхны байдалд нь буцаах саатал; тогтмол ачаалалтай үед биеийн суналтын өсөлт, өөрөөр хэлбэл урсгал гэж нэрлэдэг; эсвэл хэврэг материалын шинж чанарыг харуулах хүртэл анхны хуванцар биеийн хэв гажилт, хатуулгийн эсэргүүцлийг олон удаа нэмэгдүүлэх.

залхуу захирагч

30 см ба түүнээс дээш урттай хуванцар захирагчийн нэг үзүүрийг тэнхлэгийн эрүүнд бэхэлсэн бөгөөд захирагч нь босоо байрлалтай байна (Зураг 1). Бид захирагчийн дээд үзүүрийг босоо талаас хэдхэн миллиметрээр татгалзаж, суллана. Захирагчийн чөлөөт хэсэг нь босоо тэнцвэрийн байрлалын эргэн тойронд хэд хэдэн удаа хэлбэлзэж, анхны төлөвтөө буцаж ирдэг болохыг анхаарна уу (Зураг 1а). Ажиглагдсан хэлбэлзэл нь гармоник байдаг, учир нь жижиг хазайлтуудад чиглүүлэгч хүчний үүрэг гүйцэтгэдэг уян хатан хүчний хэмжээ нь захирагчийн төгсгөлийн хазайлттай шууд пропорциональ байдаг. Захирагчийн энэ зан үйлийг уян хатан байдлын онолоор тодорхойлдог. 

Цагаан будаа. 1. Захирагч ашиглан уян харимхай гистерезисийг судлах

1 - түргэн тусламж,

2 - шилбэний эрүү, А - захирагчийн төгсгөлийн босоо байрлалаас хазайлт

Туршилтын хоёр дахь хэсэгт бид захирагчийн дээд үзүүрийг хэдхэн сантиметрээр хазайлгаж, суллаж, зан төлөвийг нь ажиглана (Зураг 1б). Одоо энэ төгсгөл аажмаар тэнцвэрийн байрлал руу буцаж байна. Энэ нь захирагчийн материалын уян хатан хязгаараас хэтэрсэнтэй холбоотой юм. Энэ эффект гэж нэрлэгддэг уян хатан гистерезис. Энэ нь гажигтай биеийг анхны байдалд нь удаан буцаахаас бүрдэнэ. Хэрэв бид захирагчийн дээд үзүүрийг улам илүү хазайлгах замаар энэ сүүлчийн туршилтыг давтвал түүний буцаж ирэх нь бас удаан байх бөгөөд хэдэн минут зарцуулагдах болно. Үүнээс гадна, захирагч яг босоо байрлал руу буцаж ирэхгүй бөгөөд байнгын нугалж үлдэх болно. Туршилтын хоёр дахь хэсэгт тайлбарласан нөлөө нь зөвхөн нэг юм реологийн судалгааны сэдвүүд.

Буцаж буй шувуу эсвэл аалз

Дараагийн туршлагад бид хямдхан, худалдаж авахад хялбар тоглоом ашиглах болно (заримдаа бүр ТҮЦ машинд байдаг). Энэ нь цагираг хэлбэртэй бариултай урт оосортой холбогдсон аалз гэх мэт шувуу эсвэл бусад амьтдын хэлбэртэй хавтгай барималаас бүрдэнэ (Зураг 2a). Тоглоом бүхэлдээ уян хатан, резин шиг материалаар хийгдсэн бөгөөд хүрэхэд бага зэрэг наалддаг. Туузыг маш амархан сунгаж, уртыг нь урахгүйгээр хэд хэдэн удаа уртасгаж болно. Бид толин тусгал шил, тавилга хана гэх мэт гөлгөр гадаргуугийн ойролцоо туршилт хийдэг. Нэг гарынхаа хуруугаараа бариулыг бариад долгион хийж, тоглоомыг гөлгөр гадаргуу дээр шиднэ. Баримал нь гадаргуу дээр наалдаж, соронзон хальс нь чангарч байгааг анзаарах болно. Бид хуруугаараа бариулыг хэдэн арван секунд ба түүнээс дээш хугацаанд үргэлжлүүлэн барьдаг.

Цагаан будаа. 2. Буцах загалмай ашиглан харуулсан уян харимхай гистерезийн тод жишээ

1 - аалзны баримал, 2 - резинэн тууз,

3 - бариул, 4 - далдуу, 5 - гадаргуу

Хэсэг хугацааны дараа баримал гадаргуугаас гэнэт гарч, дулаан агшаагч туузанд татагдаж бидний гарт хурдан буцаж ирэхийг бид анзаарч байна. Энэ тохиолдолд өмнөх туршилтын нэгэн адил хүчдэлийн удаан задрал, тухайлбал уян хатан гистерезис үүсдэг. Сунгасан туузны уян хатан хүч нь хэв маягийг гадаргуу дээр наалдуулах хүчийг даван туулж, цаг хугацааны явцад сулардаг. Үүний үр дүнд зураг гартаа буцаж ирдэг. Энэхүү туршилтанд ашигласан тоглоомын материалыг реологичид нэрлэдэг наалдамхай уян хатан. Энэ нь гөлгөр гадаргуу дээр наалдсан үед наалдамхай шинж чанар, уян хатан шинж чанарыг хоёуланг нь харуулдаг тул энэ гадаргуугаас салж, анхны байдалдаа буцаж ирдэг тул энэ нэрийг зөвтгөдөг.

бууж буй хүн

Зураг 1. Босоо хананд бууж буй баримал нь уян хатан гистерезисийн гайхалтай жишээ юм.

Энэхүү туршилтанд наалдамхай материалаар хийсэн бэлэн тоглоомыг ашиглах болно (зураг 1). Энэ нь хүн эсвэл аалзны дүрс хэлбэрээр хийгдсэн байдаг. Бид энэ тоглоомыг байрлуулсан мөчрөөр шидээд хавтгай босоо гадаргуу дээр, шил, толь эсвэл тавилгын ханан дээр дээш нь эргүүлдэг. Шидсэн зүйл энэ гадаргуу дээр наалддаг. Хэсэг хугацааны дараа үргэлжлэх хугацаа нь бусад зүйлсээс гадна гадаргуугийн барзгар байдал, шидэх хурд зэргээс шалтгаална, тоглоомын дээд хэсэг нь унадаг. Энэ нь өмнө нь ярьсан зүйлийн үр дүнд тохиолддог. уян хатан гистерезис мөн өмнөх туршилтанд байсан туузны уян хатан хүчийг орлох зургийн жингийн үйлдэл.

Жингийн нөлөөгөөр тоглоомын салсан хэсэг нь доошоо бөхийж, хэсэг нь босоо гадаргуу дээр дахин хүрэх хүртэл тасардаг. Энэ хүрсний дараа гадаргууг гадаргуу дээр дараагийн наалт эхэлнэ. Үүний үр дүнд зураг дахин наасан байх болно, гэхдээ толгой доошоо байрлалтай байна. Доор тайлбарласан процессууд давтагдаж, зурагнууд ээлжлэн хөл, дараа нь толгойг нь урж хаядаг. Үр нөлөө нь дүрс нь босоо гадаргуугийн дагуу доошоо бууж, гайхалтай эргүүлэх болно.

Шингэн хуванцар

Цагаан будаа. 3. Пластилин урсах туршилт

a) анхны нөхцөл байдал, б) эцсийн нөхцөл байдал;

1 - далдуу мод, 2 - хуванцарын дээд хэсэг,

3 - үзүүлэлт, 4 - нарийсал, 5 - урагдсан хуванцар хэсэг

Энэ болон дараагийн хэд хэдэн туршилтуудад бид тоглоомын дэлгүүрт байдаг "шидэт шавар" эсвэл "триколилин" гэгддэг хуванцарыг ашиглах болно. Бид дамббеллтэй төстэй хэлбэртэй, 4 см урт, 1-2 см-ийн зузаантай хэсгүүдийн диаметртэй, 5 мм орчим нарийссан диаметртэй хуванцарыг зуурдаг (Зураг 3a). Бид зузаан хэсгийн дээд үзүүрээс хуруугаараа хэвийг шүүрэн авч, хөдөлгөөнгүй барьж эсвэл зузаан хэсгийн доод төгсгөлийн байршлыг харуулсан тэмдэглэгээний хажууд босоо байдлаар өлгөх болно.

Plasticine-ийн доод төгсгөлийн байрлалыг ажигласнаар энэ нь аажмаар доошоо хөдөлж байгааг бид тэмдэглэж байна. Энэ тохиолдолд plasticine-ийн дунд хэсэг нь шахагдсан байна. Энэ процессыг материалын урсгал эсвэл мөлхөгч гэж нэрлэдэг бөгөөд байнгын стрессийн нөлөөн дор түүний суналтыг нэмэгдүүлэхээс бүрдэнэ. Манай тохиолдолд энэ стресс нь plasticine dumbbell-ийн доод хэсгийн жингээс үүсдэг (Зураг 3б). Микроскопийн үүднээс авч үзвэл Одоогийн Энэ нь хангалттай удаан хугацаанд ачаалалд өртсөн материалын бүтцийн өөрчлөлтийн үр дүн юм. Нэгэн цагт нарийссан хэсгийн бат бөх чанар нь маш бага тул зөвхөн plasticine-ийн доод хэсгийн жингийн дор эвдэрдэг. Урсгалын хурд нь материалын төрөл, түүнд үзүүлэх стрессийн хэмжээ, арга зэрэг олон хүчин зүйлээс хамаарна.

Бидний хэрэглэдэг хуванцар нь урсахад маш мэдрэмтгий бөгөөд бид үүнийг хэдхэн арван секундын дотор энгийн нүдээр харж болно. Шидэт шаврыг АНУ-д Дэлхийн XNUMX-р дайны үеэр цэргийн тээврийн хэрэгслийн дугуй үйлдвэрлэхэд тохиромжтой нийлэг материал үйлдвэрлэх оролдлого хийж байх үед санамсаргүй байдлаар зохион бүтээсэн гэдгийг нэмж хэлэх нь зүйтэй болов уу. Бүрэн бус полимержилтын үр дүнд тодорхой тооны молекулууд холбоогүй, бусад молекулуудын хоорондын холбоо нь гадны хүчин зүйлийн нөлөөн дор байр сууриа амархан өөрчлөх боломжтой материалыг олж авсан. Эдгээр "үсрэх" холбоосууд нь үсэрч буй шаврын гайхалтай шинж чанаруудад хувь нэмэр оруулдаг.

төөрсөн бөмбөг

Цагаан будаа. 4. Стресс тайлах, тархах хуванцарыг турших иж бүрдэл:

a) анхны нөхцөл байдал, б) эцсийн нөхцөл байдал; 1 - ган бөмбөг,

2 - ил тод сав, 3 - plasticine, 4 - суурь

Одоо шидэт пластилиныг жижиг тунгалаг саванд шахаж, дээд талыг нь онгойлгож, дотор нь агаарын бөмбөлөг байхгүй эсэхийг шалгаарай (Зураг 4а). Савны өндөр ба диаметр нь хэдэн сантиметр байх ёстой. Plasticine-ийн дээд гадаргуугийн төвд ойролцоогоор 1,5 см диаметртэй ган бөмбөлөг байрлуулна Бид савыг бөмбөгтэй хамт орхино. Хэдэн цаг тутамд бид бөмбөгний байрлалыг ажигладаг. Энэ нь пластилин руу улам гүнзгийрч, улмаар бөмбөгний гадаргуугаас дээш зайд ордог гэдгийг анхаарна уу.

Бөмбөлөгний жин, ашигласан plasticine төрөл, бөмбөг ба хайруулын тавган дээрх хэмжээ, орчны температур зэргээс шалтгаална, хангалттай удаан хугацааны дараа бөмбөг нь хайруулын тавган дээр хүрч байгааг бид анзаардаг. Бөмбөлөг дээрх зайг хуванцараар бүрэн дүүргэх болно (Зураг 4б). Энэ туршилтаас харахад материал урсдаг ба стресс тайлах.

Пластилин үсрэх

Бөмбөлөг шидэт тоглоомын зуурмагийг үүсгэж, шал, хана гэх мэт хатуу гадаргуу дээр хурдан шид. Хуванцар нь эдгээр гадаргуугаас урсан резинэн бөмбөг шиг үсэрч байгааг бид гайхаж байна. Шидэт шавар нь хуванцар болон уян хатан шинж чанарыг хоёуланг нь харуулж чаддаг бие юм. Энэ нь ачаалал хэр хурдан ажиллахаас хамаарна.

Зуурахтай адил стрессийг удаан хэрэглэхэд хуванцар шинж чанарыг харуулдаг. Нөгөөтэйгүүр, шал эсвэл ханатай мөргөлдөх үед үүсдэг хүч хурдан үйлчлэх үед хуванцар нь уян хатан шинж чанарыг харуулдаг. Шидэт шаврыг товчоор хуванцар уян бие гэж нэрлэж болно.

Суналтын хуванцар

Зураг 2. Шидэт шаврын удаан сунах нөлөө (сунгасан ширхэгийн урт нь 60 см орчим)

Энэ удаад ойролцоогоор 1 см диаметртэй, хэдхэн см урттай шидэт хуванцар цилиндрийг үүсгэ. Баруун, зүүн гарын хуруугаараа хоёр үзүүрийг авч, өнхрүүлгийг хэвтээ байрлуулна. Дараа нь бид гараа аажмаар хажуу тийш нь нэг шулуун шугамаар тарааж, цилиндрийг тэнхлэгийн дагуу сунгахад хүргэдэг. Пластилин нь бараг ямар ч эсэргүүцэл үзүүлдэггүй гэдгийг бид мэдэрч, дунд хэсэгт нь нарийсч байгааг бид анзаардаг.

Хуванцар цилиндрийн уртыг хэдэн арван сантиметрээр нэмэгдүүлж, түүний төв хэсэгт нимгэн утас үүсэх хүртэл цаг хугацааны явцад тасарч болно (зураг 2). Энэхүү туршлагаас харахад хуванцар-уян биеийг аажмаар стресст оруулснаар түүнийг устгахгүйгээр маш том хэв гажилт үүсгэж болно.

хатуу хуванцар

Бид шидэт plasticine цилиндрийг өмнөх туршилтын адилаар бэлтгэж, хуруугаараа хуруугаараа төгсгөлийг нь ороож өгдөг. Анхаарлаа төвлөрүүлж, цилиндрийг огцом сунгахыг хүсч, гараа аль болох хурдан хажуу тийш нь сунгав. Энэ тохиолдолд бид plasticine-ийн маш өндөр эсэргүүцлийг мэдэрдэг бөгөөд цилиндр нь гайхмаар нь огт сунадаггүй, харин хутгаар зүссэн мэт уртынхаа хагасыг хугардаг (зураг 3). Энэхүү туршилт нь мөн хуванцар уян биетийн хэв гажилтын шинж чанар нь стрессийн хэрэглээний хурдаас хамаардаг болохыг харуулж байна.

Хуванцар нь шил шиг хэврэг байдаг

Фото 3. Шидэт хуванцарыг хурдан сунгасны үр дүн - та хэд дахин бага суналт, хэврэг материалын ан цав шиг хурц ирмэгийг харж болно.

Энэхүү туршилт нь хуванцар уян биетийн шинж чанарт стрессийн хэмжээ хэрхэн нөлөөлж байгааг илүү тодорхой харуулж байна. Шидэт шавраас ойролцоогоор 1,5 см диаметртэй бөмбөгийг үүсгэж, хүнд ган хавтан, гонс, бетонон шал зэрэг хатуу, том суурин дээр байрлуул. Бөмбөгийг 0,5 кг-аас багагүй жинтэй алхаар аажмаар цохино (Зураг 5а). Энэ тохиолдолд бөмбөг нь хуванцар биетэй адил бөгөөд алх унасны дараа хавтгай болж хувирдаг (Зураг 5б).

Хавтгай хуванцарыг дахин бөмбөлөг болгож, өмнөх шигээ тавган дээр тавина. Дахин бид бөмбөгийг алхаар цохисон боловч энэ удаад бид үүнийг аль болох хурдан хийхийг хичээдэг (Зураг 5c). Энэ тохиолдолд хуванцар бөмбөлөг нь шил, шаазан гэх мэт эмзэг материалаар хийгдсэн мэт ажилладаг бөгөөд цохилтод бүх чиглэлд хуваагддаг (Зураг 5d).

Эмийн резинэн туузан дээрх дулааны машин

Реологийн материалын даралтыг температурыг нэмэгдүүлэх замаар бууруулж болно. Бид энэ эффектийг үйл ажиллагааны гайхалтай зарчимтай дулааны хөдөлгүүрт ашиглах болно. Үүнийг угсрахын тулд танд хэрэгтэй болно: цагаан тугалгатай эрэг шураг, хэдэн арван богино резинэн тууз, том зүү, тэгш өнцөгт нимгэн металл хуудас, маш халуун чийдэнтэй чийдэн. Хөдөлгүүрийн загварыг 6-р зурагт үзүүлэв.Үүнийг угсрахдаа тагнаас дунд хэсгийг хайчилж аваад бөгж гарган авна.

Цагаан будаа. 5. Plasticine болон plasticine-ийн хэврэг шинж чанарыг харуулах арга

a) бөмбөгийг удаан цохих б) удаан цохих

в) бөмбөгийг хурдан цохих, г) хурдан цохилтын нөлөө;

1 - хуванцар бөмбөг, 2 - хатуу ба том хавтан, 3 - алх,

v - алхны хурд

Энэ цагирагийн төв хэсэгт бид зүүг тэнхлэгт байрлуулж, уян харимхай туузыг байрлуулж, уртын дундуур нь цагираг дээр наалдаж, хүчтэй сунадаг. Уян туузыг цагираг дээр тэгш хэмтэй байрлуулах ёстой бөгөөд ингэснээр уян харимхай хамтлагаас үүссэн хигээстэй дугуйг олж авна. Хуудасны нэг хэсгийг гараа сунган крампон хэлбэртэй болгож нугалж, тэдгээрийн хооронд өмнө нь хийсэн тойрог байрлуулж, гадаргуугийн талыг нь хамрах боломжийг олгоно. Консолын нэг талд, түүний хоёр босоо ирмэг дээр бид дугуйны тэнхлэгийг байрлуулах боломжийг олгодог зүсэлт хийдэг.

Дугуйн тэнхлэгийг тулгуурын зүсэлтэнд байрлуулна. Бид дугуйг хуруугаараа эргүүлж, тэнцвэртэй эсэхийг шалгана, өөрөөр хэлбэл. ямар ч байрлалд зогсдог уу. Хэрэв тийм биш бол резинэн тууз нь цагирагтай таарч байгаа газрыг бага зэрэг шилжүүлж дугуйг тэнцвэржүүлнэ. Хаалтыг ширээн дээр тавиад нуман хаалганаас цухуйсан тойргийн хэсгийг маш халуун дэнлүүгээр гэрэлтүүл. Хэсэг хугацааны дараа дугуй нь эргэлдэж эхэлдэг.

Энэ хөдөлгөөний шалтгаан нь реологичид гэж нэрлэгддэг нөлөөллийн үр дүнд дугуйны массын төвийн байрлалыг байнга өөрчлөх явдал юм. дулааны стрессийг тайвшруулах.

Энэхүү тайвшрал нь өндөр ачаалалтай уян хатан материал халах үед агшдагт суурилдаг. Манай хөдөлгүүрт энэ материал нь дугуйны хажуугийн резинэн тууз бөгөөд хаалтны хаалтаас цухуйж, гэрлийн чийдэнгээр халаадаг. Үүний үр дүнд дугуйны массын төв нь тулгуур гараар бүрхэгдсэн тал руу шилждэг. Дугуйны эргэлтийн үр дүнд халсан резинэн туузууд нь тулгуурын мөрний хооронд унаж, хөрнө, учир нь тэдгээр нь чийдэнгээс нуугдаж байдаг. Хөргөсөн баллуур дахин уртасдаг. Тайлбарласан процессуудын дараалал нь дугуйны тасралтгүй эргэлтийг баталгаажуулдаг.

Зөвхөн гайхалтай туршилтууд биш

Цагаан будаа. 6. Эмийн резинэн туузаар хийсэн дулааны хөдөлгүүрийн загвар

a) хажуугийн харагдах байдал

б) тэнхлэгийн хавтгайгаар огтлолцох; 1 - бөгж, 2 - зүү, 3 - эмийн баллуур,

4 - хаалт, 5 - хаалт дахь зүсэлт, 6 - чийдэн

Одоо реологи нь физикч, техникийн шинжлэх ухааны салбарын мэргэжилтнүүдийн аль алиных нь сонирхдог хурдацтай хөгжиж буй салбар юм. Зарим тохиолдолд реологийн үзэгдлүүд үүсч буй хүрээлэн буй орчинд сөрөг нөлөө үзүүлдэг бөгөөд жишээлбэл, цаг хугацааны явцад хэв гажилт үүсдэг том ган хийцийг төлөвлөхдөө харгалзан үзэх шаардлагатай. Эдгээр нь ажиллаж буй ачаалал ба өөрийн жингийн нөлөөн дор материалын тархалтын үр дүнд үүсдэг.

Түүхэн сүмүүдийн эгц дээвэр, будсан шилэн цонхыг бүрхсэн зэс хавтангийн зузааныг нарийн хэмжсэнээр эдгээр элементүүд дээд хэсгээсээ илүү доод хэсэгт илүү зузаан байгааг харуулж байна. Энэ бол үр дүн юм ОдоогийнХэдэн зуун жилийн турш өөрийн жин дор зэс, шил хоёулаа . Реологийн үзэгдлийг орчин үеийн, хэмнэлттэй үйлдвэрлэлийн олон технологид ашигладаг. Жишээ нь хуванцар дахин боловсруулах. Эдгээр материалаар хийсэн ихэнх бүтээгдэхүүнийг одоогоор шахах, зурах, үлээх аргаар үйлдвэрлэдэг. Энэ нь материалыг халааж, зохих сонгосон хурдаар даралтыг хэрэглэсний дараа хийгддэг. Иймээс бусад зүйлсийн дотор тугалган цаас, саваа, хоолой, утас, түүнчлэн нарийн төвөгтэй хэлбэртэй тоглоом, машины эд анги. Эдгээр аргуудын маш чухал давуу тал нь бага өртөгтэй, хог хаягдалгүй байдаг.