Huk Qanunu artıq kifayət etmədikdə...

Məktəb dərsliklərindən məlum olan Huk qanununa görə, bədənin uzanması tətbiq olunan gərginliklə düz mütənasib olmalıdır. Ancaq müasir texnologiyada və gündəlik həyatda böyük əhəmiyyət kəsb edən bir çox material yalnız təxminən bu qanuna uyğun gəlir və ya tamamilə fərqli davranır. Fiziklər və mühəndislər belə materialların reoloji xüsusiyyətlərə malik olduğunu deyirlər. Bu xassələrin öyrənilməsi bəzi maraqlı təcrübələrin mövzusu olacaq.

Reologiya yuxarıda qeyd olunan Huk qanununa əsaslanaraq davranışı elastiklik nəzəriyyəsindən kənara çıxan materialların xassələrinin öyrənilməsidir. Bu davranış bir çox maraqlı hadisələrlə əlaqələndirilir. Bunlara, xüsusən də daxildir: gərginliyin düşməsindən sonra materialın orijinal vəziyyətinə qayıtmasının gecikməsi, yəni elastik histerezis; daimi stressdə bədənin uzanmasının artması, başqa bir şəkildə axın deyilir; və ya ilkin plastik gövdənin deformasiyasına və sərtliyinə qarşı müqavimətin, kövrək materiallara xas olan xüsusiyyətlərin görünüşünə qədər dəfələrlə artması.

tənbəl hökmdar

Uzunluğu 30 sm və ya daha çox olan plastik hökmdarın bir ucu hökmdarın şaquli olması üçün çənə çənələrinə bərkidilir (şək. 1). Hökmdarın yuxarı ucunu şaquli tərəfdən yalnız bir neçə millimetr rədd edirik və onu buraxırıq. Qeyd edək ki, hökmdarın sərbəst hissəsi şaquli tarazlıq vəziyyəti ətrafında bir neçə dəfə yellənir və ilkin vəziyyətinə qayıdır (şəkil 1a). Müşahidə olunan salınımlar harmonikdir, çünki kiçik əyilmələrdə istiqamətləndirici qüvvə kimi çıxış edən elastik qüvvənin böyüklüyü hökmdarın ucunun əyilməsi ilə düz mütənasibdir. Hökmdarın bu davranışı elastiklik nəzəriyyəsi ilə təsvir olunur. 

düyü. 1. Hökmdardan istifadə edərək elastik histerezisi öyrənmək

1 - təcili yardım,

2 - mengene çənələri, A - hökmdarın ucunun şaquli istiqamətdən sapması

Təcrübənin ikinci hissəsində biz hökmdarın yuxarı ucunu bir neçə santimetr əyirik, onu buraxırıq və davranışını müşahidə edirik (şəkil 1b). İndi bu son yavaş-yavaş tarazlıq vəziyyətinə qayıdır. Bu, hökmdar materialının elastik həddinin aşılması ilə əlaqədardır. Bu təsir adlanır elastik histerezis. Deformasiyaya uğramış bədənin yavaş-yavaş orijinal vəziyyətinə qayıtmasından ibarətdir. Hökmdarın yuxarı ucunu daha da əyərək bu sonuncu təcrübəni təkrar etsək, onun qayıtmasının da daha yavaş olacağını və bir neçə dəqiqə çəkə biləcəyini görərik. Bundan əlavə, hökmdar tam olaraq şaquli vəziyyətə qayıtmayacaq və daimi olaraq əyilmiş qalacaq. Təcrübənin ikinci hissəsində təsvir edilən təsirlərdən yalnız biridir reologiya tədqiqat mövzuları.

Geri dönən quş və ya hörümçək

Növbəti təcrübə üçün biz ucuz və alınması asan oyuncaqdan istifadə edəcəyik (bəzən hətta köşklərdə də var). O, üzük formalı sapı olan uzun qayışla bağlanmış quş və ya digər heyvan, məsələn, hörümçək şəklində düz heykəlcikdən ibarətdir (şək. 2a). Bütün oyuncaq toxunuşa bir qədər yapışan, elastik, rezin kimi materialdan hazırlanmışdır. Lent çox asanlıqla uzana bilər, onu cırmadan uzunluğunu bir neçə dəfə artırır. Güzgü şüşəsi və ya mebel divarı kimi hamar bir səthin yaxınlığında təcrübə aparırıq. Bir əlin barmaqları ilə sapı tutun və bir dalğa düzəldin, bununla da oyuncağı hamar bir səthə atın. Siz heykəlciyin səthə yapışdığını və lentin dartıldığını görəcəksiniz. Dəstəyi barmaqlarımızla bir neçə on saniyə və ya daha çox tutmağa davam edirik.

düyü. 2. Qayıdış xaçından istifadə etməklə göstərilən elastik histerezin parlaq nümunəsi

1 - hörümçək heykəlciyi, 2 - rezin bant,

3 - sap, 4 - xurma, 5 - səth

Bir müddət sonra heykəlciyin qəfildən səthdən çıxacağını və istilik büzüşmə lenti ilə cəlb olunaraq tez bir zamanda əlimizə qayıdacağını görürük. Bu vəziyyətdə, əvvəlki təcrübədə olduğu kimi, gərginliyin yavaş bir şəkildə pozulması, yəni elastik histerezis də var. Uzanmış lentin elastik qüvvələri zamanla zəifləyən naxışın səthə yapışma qüvvələrini üstələyir. Nəticədə rəqəm ələ qayıdır. Bu təcrübədə istifadə edilən oyuncağın materialını reoloqlar adlandırırlar özlü elastik. Bu ad onunla əsaslandırılır ki, o, həm yapışqanlıq xüsusiyyətlərini - hamar səthə yapışdıqda, həm də elastik xüsusiyyətlərə malikdir - buna görə də bu səthdən qoparaq orijinal vəziyyətinə qayıdır.

enən adam

Şəkil 1. Şaquli divardan enən heykəlcik də elastik histerezin gözəl nümunəsidir.

Bu təcrübədə həmçinin özlü elastik materialdan hazırlanmış hazır oyuncaq istifadə olunacaq (şəkil 1). İnsan və ya hörümçək fiquru şəklində hazırlanır. Bu oyuncağı yerləşdirilmiş əzalarla atırıq və düz şaquli bir səthə, tercihen şüşə, güzgü və ya mebel divarına tərs çeviririk. Atılan cisim bu səthə yapışır. Müddəti, digər şeylər arasında, səthin pürüzlülüyündən və atma sürətindən asılı olan bir müddət sonra oyuncağın üstü çıxır. Bu, əvvəllər müzakirə edilənlərin nəticəsi olaraq baş verir. elastik histerezis və əvvəlki təcrübədə mövcud olan kəmərin elastik qüvvəsini əvəz edən fiqurun çəkisinin hərəkəti.

Ağırlığın təsiri altında oyuncağın ayrılmış hissəsi aşağı əyilir və hissə yenidən şaquli səthə toxunana qədər daha da qırılır. Bu toxunuşdan sonra fiqurun səthə növbəti yapışdırılması başlayır. Nəticədə, rəqəm yenidən yapışdırılacaq, lakin baş aşağı vəziyyətdə. Aşağıda təsvir olunan proseslər təkrarlanır, rəqəmlər növbə ilə ayaqları, sonra isə başı qoparır. Effekt ondan ibarətdir ki, fiqur şaquli səth boyunca aşağı enərək möhtəşəm fırlanmalar edir.

Maye plastilin

düyü. 3. Plastilin axını testi

a) ilkin vəziyyət, b) son vəziyyət;

1 - xurma, 2 - plastilinin yuxarı hissəsi,

3 - göstərici, 4 - daralma, 5 - cırıq plastilin parçası

Bu və bir neçə sonrakı təcrübələrdə biz "sehrli gil" və ya "trikolin" kimi tanınan oyuncaq mağazalarında mövcud olan plastilindən istifadə edəcəyik. Biz bir dumbbellə bənzər bir forma, təxminən 4 sm uzunluğunda və 1-2 sm içərisində qalın hissələrin diametri və daralma diametri təxminən 5 mm olan bir plastilin parçasını yoğururuq (şəkil 3a). Kalıbı barmaqlarımızla qalın hissənin yuxarı ucundan tuturuq və onu hərəkətsiz saxlayırıq və ya qalın hissənin alt ucunun yerini göstərən quraşdırılmış markerin yanında şaquli olaraq asırıq.

Plastilinin aşağı ucunun vəziyyətini müşahidə edərək, onun yavaş-yavaş aşağıya doğru hərəkət etdiyini qeyd edirik. Bu vəziyyətdə plastilinin orta hissəsi sıxılır. Bu proses materialın axını və ya sürünməsi adlanır və daimi gərginliyin təsiri altında onun uzanmasını artırmaqdan ibarətdir. Bizim vəziyyətimizdə bu gərginlik plastilin dumbbellinin aşağı hissəsinin ağırlığından qaynaqlanır (şəkil 3b). Mikroskopik baxımdan cari bu, kifayət qədər uzun müddət ərzində yüklərə məruz qalan materialın strukturunun dəyişməsinin nəticəsidir. Bir nöqtədə, daralmış hissənin gücü o qədər kiçikdir ki, yalnız plastilinin aşağı hissəsinin çəkisi altında qırılır. Axın sürəti bir çox amillərdən, o cümlədən materialın növündən, ona təzyiqin miqdarından və üsulundan asılıdır.

İstifadə etdiyimiz plastilin axmağa son dərəcə həssasdır və biz onu adi gözlə bir neçə on saniyə ərzində görə bilirik. Onu da əlavə etmək lazımdır ki, sehrli gil ABŞ-da, İkinci Dünya Müharibəsi zamanı, hərbi maşınlar üçün təkər istehsalı üçün uyğun sintetik material istehsal etməyə cəhd edilən zaman təsadüfən icad edilmişdir. Natamam polimerləşmə nəticəsində müəyyən sayda molekulun bağlanmadığı və digər molekullar arasındakı bağların xarici faktorların təsiri altında öz mövqelərini asanlıqla dəyişə bildiyi material əldə edilmişdir. Bu "sıçrayan" bağlantılar sıçrayan gilin heyrətamiz xüsusiyyətlərinə kömək edir.

başıboş top

düyü. 4. Yaymaq və gərginliyi azaltmaq üçün plastilinin sınaqdan keçirilməsi üçün dəst:

a) ilkin vəziyyət, b) son vəziyyət; 1 - polad top,

2 - şəffaf qab, 3 - plastilin, 4 - baza

İndi sehrli plastilini kiçik şəffaf bir qaba sıxın, yuxarıdan açın, içərisində hava kabarcıklarının olmadığından əmin olun (şəkil 4a). Gəminin hündürlüyü və diametri bir neçə santimetr olmalıdır. Plastilinin yuxarı səthinin ortasına təxminən 1,5 sm diametrli bir polad top qoyun.Gəmini topla tək buraxırıq. Bir neçə saatdan bir topun mövqeyini müşahidə edirik. Qeyd edək ki, o, plastilin içinə getdikcə dərinləşir, bu da öz növbəsində topun səthinin üstündəki boşluğa daxil olur.

Kifayət qədər uzun bir müddətdən sonra, bunlardan asılıdır: topun çəkisi, istifadə olunan plastilin növü, topun və qabın ölçüsü, ətraf mühitin temperaturu, topun tavanın altına çatdığını görürük. Topun üstündəki boşluq tamamilə plastilinlə doldurulacaq (şəkil 4b). Bu təcrübə göstərir ki, material axır və stresdən azad olun.

Plastilindən tullanır

Sehrli oyun xəmirindən bir top düzəldin və onu tez bir zamanda döşəmə və ya divar kimi sərt bir səthə atın. Təəccüblə qeyd edirik ki, plastilin bu səthlərdən sıçrayışlı rezin top kimi sıçrayır. Sehrli gil həm plastik, həm də elastik xüsusiyyətlər nümayiş etdirə bilən bir bədəndir. Bu, yükün ona nə qədər tez təsir edəcəyindən asılıdır.

Gərginliklər yavaş tətbiq edildikdə, yoğurma vəziyyətində olduğu kimi, plastik xüsusiyyətlər nümayiş etdirir. Digər tərəfdən, döşəmə və ya divarla toqquşduqda meydana gələn qüvvə sürətlə tətbiq edildikdə, plastilin elastik xüsusiyyətlər nümayiş etdirir. Sehrli gil qısaca plastik-elastik bədən adlandırıla bilər.

Dartma plastilin

Şəkil 2. Sehrli gilin yavaş uzanmasının təsiri (uzanan lifin uzunluğu təxminən 60 sm-dir)

Bu dəfə diametri təxminən 1 sm və uzunluğu bir neçə santimetr olan sehrli plastilin silindrini düzəldin. Sağ və sol əllərinizin barmaqları ilə hər iki ucunu götürün və rulonu üfüqi olaraq qoyun. Sonra yavaş-yavaş qollarımızı bir düz xəttlə yanlara yayırıq və bununla da silindrin eksenel istiqamətdə uzanmasına səbəb oluruq. Plastilinin demək olar ki, heç bir müqavimət göstərmədiyini hiss edirik və ortada daraldığını görürük.

Plastilin silindrinin uzunluğu, mərkəzi hissəsində zamanla qırılacaq nazik bir ip meydana gələnə qədər bir neçə on santimetrə qədər artırıla bilər (şəkil 2). Bu təcrübə göstərir ki, plastik-elastik bədənə yavaş-yavaş gərginlik tətbiq etməklə onu məhv etmədən çox böyük deformasiyaya səbəb ola bilər.

sərt plastilin

Sehrli plastilin silindrini əvvəlki təcrübədə olduğu kimi hazırlayırıq və eyni şəkildə barmaqlarımızı uclarına dolayırıq. Diqqətimizi cəmlədikdən sonra silindrini kəskin şəkildə uzatmaq istəyərək qollarımızı mümkün qədər tez tərəflərə yaydıq. Belə çıxır ki, bu halda biz plastilinin çox yüksək müqavimətini hiss edirik və silindr təəccüblü şəkildə heç uzanmır, ancaq bıçaqla kəsilmiş kimi uzunluğunun yarısında qırılır (şəkil 3). Bu təcrübə həm də göstərir ki, plastik-elastik cismin deformasiyasının təbiəti gərginliyin tətbiqi sürətindən asılıdır.

Plastilin şüşə kimi kövrəkdir

Şəkil 3. Sehrli plastilinin sürətlə uzanmasının nəticəsi - siz dəfələrlə az uzanma və kövrək materialın çatlamasına bənzəyən iti kənarı görə bilərsiniz.

Bu təcrübə, stress dərəcəsinin plastik-elastik cismin xüsusiyyətlərinə necə təsir etdiyini daha aydın şəkildə göstərir. Sehrli gildən təxminən 1,5 sm diametrli bir top düzəldin və onu ağır polad boşqab, anvil və ya beton döşəmə kimi möhkəm, kütləvi bazaya qoyun. Yavaş-yavaş topa ən azı 0,5 kq ağırlığında çəkiclə vurun (şəkil 5a). Belə çıxır ki, bu vəziyyətdə top özünü plastik gövdə kimi aparır və üzərinə çəkic düşdükdən sonra düzlənir (şək. 5b).

Yastılanmış plastilini yenidən top halına salın və əvvəlki kimi boşqabın üzərinə qoyun. Yenə topa çəkiclə vurduq, lakin bu dəfə bunu mümkün qədər tez etməyə çalışırıq (şək. 5c). Belə çıxır ki, plastilin top bu halda özünü kövrək materialdan, məsələn, şüşə və ya çinidən hazırlanmış kimi aparır və zərbə zamanı bütün istiqamətlərdə parçalanır (şək. 5d).

Əczaçılıq rezin bantlar üzərində termal maşın

Reoloji materiallardakı gərginliyi onların temperaturunu artırmaqla azaltmaq olar. Bu effekti təəccüblü bir iş prinsipi olan bir istilik mühərrikində istifadə edəcəyik. Onu yığmaq üçün sizə lazım olacaq: bir qalay banka vintli qapaq, onlarla və ya daha çox qısa rezin bantlar, böyük bir iynə, düzbucaqlı nazik təbəqə metal parçası və çox isti lampa ilə lampa. Mühərrikin dizaynı Şəkil 6-da göstərilmişdir. Onu yığmaq üçün qapaqdan orta hissəni kəsin ki, üzük alınsın.

düyü. 5. Plastilinin və plastilinin kövrək xüsusiyyətlərinin nümayiş etdirilməsi üsulu

a) yavaş topa vurmaq b) yavaş vurmaq

c) topa sürətli zərbə, d) sürətli zərbənin təsiri;

1 - plastilin topu, 2 - bərk və kütləvi boşqab, 3 - çəkic,

v - çəkic sürəti

Bu halqanın ortasına ox olan bir iynə qoyuruq və üzərinə elastik bantlar qoyuruq ki, onun uzunluğunun ortasında halqaya söykənsin və güclü şəkildə uzansın. Elastik bantlar simmetrik olaraq halqaya yerləşdirilməlidir, beləliklə, elastik bantlardan yaranan spikerləri olan bir çarx əldə edilir. Çarşaf metal parçasını qolları uzadaraq krampon formasına bükün, bu da onların arasına əvvəllər hazırlanmış dairəni yerləşdirməyə və səthinin yarısını örtməyə imkan verir. Konsolun bir tərəfində, hər iki şaquli kənarında, təkər oxunu orada yerləşdirməyə imkan verən bir kəsik düzəldirik.

Təkər oxunu dəstəyin kəsilməsinə yerləşdirin. Çarxı barmaqlarımızla döndəririk və balanslı olub olmadığını yoxlayırıq, yəni. hər hansı bir mövqedə dayanır. Əgər belə deyilsə, rezin bantların halqa ilə birləşdiyi yeri bir az dəyişdirərək təkəri tarazlayın. Mötərizəni stolun üstünə qoyun və dairənin tağlarından çıxan hissəsini çox isti lampa ilə işıqlandırın. Belə çıxır ki, bir müddət sonra təkər fırlanmağa başlayır.

Bu hərəkətin səbəbi reoloqlar adlanan təsir nəticəsində təkərin kütlə mərkəzinin mövqeyinin daimi dəyişməsidir. termal stresin rahatlaşması.

Bu rahatlama yüksək gərginliyə məruz qalan elastik materialın qızdırıldığı zaman büzülməsinə əsaslanır. Mühərrikimizdə bu material mötərizə mötərizəsindən çıxan və işıq lampası ilə qızdırılan təkər tərəfi rezin bantlardır. Nəticədə təkərin kütlə mərkəzi dayaq qolları ilə örtülmüş tərəfə keçir. Təkərin fırlanması nəticəsində qızdırılan rezin bantlar dəstəyin çiyinləri arasına düşür və soyuyur, çünki orada ampuldən gizlənirlər. Soyudulmuş pozanlar yenidən uzanır. Təsvir edilən proseslərin ardıcıllığı təkərin davamlı fırlanmasını təmin edir.

Yalnız möhtəşəm təcrübələr deyil

düyü. 6. Əczaçılıq rezin bantlarından hazırlanmış istilik mühərrikinin konstruksiyası

a) yan görünüş

b) eksenel müstəvi ilə kəsişmə; 1 - üzük, 2 - iynə, 3 - əczaçılıq pozanı,

4 - mötərizə, 5 - mötərizədə kəsik, 6 - ampul

Indi reologiya həm fiziklərin, həm də texniki elmlər sahəsində mütəxəssislərin maraq dairəsində olan sürətlə inkişaf edən sahədir. Bəzi hallarda reoloji hadisələr baş verdikləri mühitə mənfi təsir göstərə bilər və məsələn, zamanla deformasiyaya uğrayan böyük polad konstruksiyaların layihələndirilməsi zamanı nəzərə alınmalıdır. Onlar hərəkət edən yüklərin və öz çəkisinin təsiri altında materialın yayılması nəticəsində yaranır.

Tarixi kilsələrdə sıldırım damları və vitrajları örtən mis təbəqələrin qalınlığının dəqiq ölçülməsi göstərmişdir ki, bu elementlər yuxarıdan daha aşağı hissədə qalındır. Nəticə budur caribir neçə yüz ildir öz çəkisi altında həm mis, həm də şüşə. Reoloji hadisələr bir çox müasir və qənaətcil istehsal texnologiyalarında da istifadə olunur. Məsələn, plastiklərin təkrar emalı. Bu materiallardan hazırlanan məhsulların əksəriyyəti hazırda ekstruziya, çəkmə və üfürmə üsulu ilə istehsal olunur. Bu, materialı qızdırdıqdan və müvafiq seçilmiş sürətlə ona təzyiq tətbiq etdikdən sonra edilir. Beləliklə, digər şeylər arasında, folqa, çubuqlar, borular, liflər, eləcə də oyuncaqlar və mürəkkəb formalı maşın hissələri. Bu üsulların çox mühüm üstünlükləri aşağı qiymət və tullantıların olmamasıdır.