Nuair nach leor Dlí Hooke a thuilleadh...

De réir dhlí Hooke ar a dtugtar ó théacsleabhair scoile, ba cheart go mbeadh fadú comhlacht i gcomhréir go díreach leis an strus a chuirtear i bhfeidhm. Mar sin féin, go leor ábhar a bhfuil tábhacht mhór sa teicneolaíocht nua-aimseartha agus sa saol laethúil ach thart cloí leis an dlí nó iad féin a iompar go hiomlán difriúil. Deir fisiceoirí agus innealtóirí go bhfuil airíonna sreabheolaíocha ag ábhair den sórt sin. Beidh staidéar ar na hairíonna seo ina ábhar do roinnt turgnamh suimiúil.

Is éard atá i Rheology ná staidéar ar airíonna ábhar a théann a n-iompraíocht thar theoiric na leaisteachas bunaithe ar dhlí Hooke thuasluaite. Tá baint ag an iompar seo le go leor feiniméin suimiúla. Áirítear orthu seo, go háirithe: an mhoill ar an ábhar a chur ar ais go dtí a staid bhunaidh tar éis titim voltais, i.e. hysteresis leaisteacha; méadú ar fadú coirp ag strus leanúnach, ar a dtugtar sreabhadh; nó méadú iolrach ar fhriotaíocht ar dhífhoirmiú agus ar chruas comhlacht plaisteach ar dtús, suas go dtí cuma na n-airíonna atá sainiúil d'ábhair brittle.

rialóir leisciúil

Socraítear foirceann amháin de rialóir plaisteach le fad 30 cm nó níos mó sna jaws vise ionas go mbeidh an rialóir ingearach (Fig. 1). Diúltaíonn muid foirceann uachtair an rialóir ón ingearach ach cúpla milliméadar agus é a scaoileadh. Tabhair faoi deara go ascalaíonn an chuid saor in aisce den rialóir arís agus arís eile thart ar an suíomh cothromaíochta ingearach agus filleann sé ar a staid bhunaidh (Fíor 1a). Is ascaluithe armónacha iad na hascaluithe breathnaithe, toisc go mbíonn méid an fhórsa leaisteach a fheidhmíonn mar fhórsa treorach i gcomhréir go díreach le sraonadh fhoirceann an rialóra ag sraontaí beaga. Déantar cur síos ar an iompar seo den rialóir ag teoiric an elasticity. 

Rís. 1. Staidéar ar hysteresis leaisteacha ag baint úsáide as rialóir

1 – otharcharr,

2 - jaws vise, A - imeacht deireadh an rialóra ón ingearach

Sa dara cuid den turgnamh, sraonaimid foirceann uachtair an rialóir cúpla ceintiméadar, scaoilimid é, agus breathnaíonn sé a iompar (Fíor 1b). Anois tá an chríoch seo ag filleadh go mall ar an suíomh cothromaíochta. Tá sé seo mar gheall ar bhreis ar theorainn leaisteacha an ábhair rialóir. Tugtar an éifeacht seo hysteresis leaisteacha. Is éard atá ann ná an corp dífhoirmithe a chur ar ais go mall chuig a staid bhunaidh. Má dhéanaimid an turgnamh deireanach seo arís trí thaobh uachtarach an rialóra a chlaonadh níos mó fós, feicfimid go mbeidh sé níos moille freisin agus go bhféadfadh sé go dtógfadh sé roinnt nóiméad. Ina theannta sin, ní fhillfidh an rialóir go díreach go dtí an suíomh ingearach agus fanfaidh sé lúbtha go buan. Níl sna héifeachtaí a gcuirtear síos orthu sa dara cuid den turgnamh ach ceann amháin díobh ábhair taighde réalteolaíochta.

Éan nó damhán alla ag filleadh

Don chéad taithí eile, úsáidfimid bréagán saor agus éasca le ceannach (uaireanta fiú ar fáil i bothanna). Tá sé comhdhéanta de fhigiúr cothrom i bhfoirm éan nó ainmhí eile, mar shampla damhán alla, ceangailte le strap fada le láimhseáil fáinne-chruthach (Fig. 2a). Tá an bréagán iomlán déanta as ábhar athléimneach, cosúil le rubar atá beagán greamaitheach don teagmháil. Is féidir an téip a shíneadh go héasca, ag méadú a fhad arís agus arís eile gan é a stróiceadh. Déanaimid turgnamh gar do dhromchla mín, mar ghloine scátháin nó balla troscáin. Le méara na láimhe amháin, coinnigh an hanla agus déan tonn, agus mar sin caith an bréagán ar dhromchla mín. Tabharfaidh tú faoi deara go gcloíonn an figiúr go dtí an dromchla agus go bhfanann an téip teann. Leanaimid orainn ag coinneáil an lámh lenár mhéara ar feadh roinnt deich soicind nó níos mó.

Rís. 2. Sampla beoga de hysteresis leaisteacha, léirithe ag baint úsáide as cros fillte

1 - figiúr damháin alla, 2 - banda rubair,

3 - láimhseáil, 4 - pailme, 5 - dromchla

Tar éis roinnt ama, tugaimid faoi deara go dtiocfaidh an figiúr go tobann as an dromchla agus, arna mhealladh ag téip Laghdaigh teasa, go dtiocfaidh sé ar ais go tapa chuig ár lámh. Sa chás seo, mar a tharla sa turgnamh roimhe seo, tá meath mall ar an voltas ann freisin, i.e. hysteresis leaisteacha. Sáraíonn fórsaí leaisteacha an téip shínte fórsaí greamaitheachta an phhatrún go dtí an dromchla, rud a lagaíonn le himeacht ama. Mar thoradh air sin, filleann an figiúr ar an lámh. Glaonn réeolaithe ar ábhar an bhréagáin a úsáidtear sa turgnamh seo viscoelastic. Tá údar maith leis an ainm seo toisc go léiríonn sé airíonna greamaitheacha araon - nuair a chloíonn sé le dromchla mín, agus airíonna leaisteacha - mar gheall ar a bhriseann sé ón dromchla seo agus go bhfilleann sé ar a staid bhunaidh.

fear íslitheach

Grianghraf 1. Is sampla iontach de hysteresis leaisteach é figiúr a íslíonn balla ingearach.

Bainfidh an turgnamh seo úsáid freisin as bréagán atá ar fáil go héasca déanta as ábhar viscoelastic (grianghraf 1). Déantar é i bhfoirm figiúr fear nó damhán alla. Caithimid an bréagán seo le géaga imscartha agus iompaithe bun os cionn ar dhromchla ingearach cothrom, b'fhearr ar bhalla gloine, scáthán nó troscáin. Cloíonn réad caite den dromchla seo. Tar éis roinnt ama, a bhfuil a ré ag brath, i measc rudaí eile, ar gharbh an dromchla agus ar luas an chaitheamh, tagann barr an bhréagáin amach. Tarlaíonn sé seo mar thoradh ar an méid a pléadh níos luaithe. hysteresis leaisteacha agus gníomh meáchan an fhigiúir, a chuirtear in ionad fórsa leaisteacha an chreasa, a bhí i láthair sa turgnamh roimhe seo.

Faoi thionchar meáchain, lúbann an chuid scoite den bhréagán síos agus briseann sé níos faide go dtí go dtéann an chuid i dteagmháil leis an dromchla ingearach arís. Tar éis an teagmháil seo, tosaíonn an chéad gluing eile den fhíor go dtí an dromchla. Mar thoradh air sin, beidh an figiúr a glued arís, ach i suíomh ceann-síos. Déantar na próisis a thuairiscítear thíos arís agus arís eile, agus na figiúirí ag cuimilt de na cosa agus ansin an ceann. Is é an éifeacht ná go dtagann an figiúr síos ar dhromchla ingearach, ag déanamh smeacháin iontacha.

Marla sreabhach

Rís. 3. Tástáil sreabhadh marla

a) staid tosaigh, b) staid deiridh;

1 - pailme, 2 - an chuid uachtarach den marla,

3 - táscaire, 4 - constriction, 5 - píosa marla stróicthe

Sa turgnamh seo agus i roinnt turgnaimh ina dhiaidh sin, úsáidfimid an marla atá ar fáil i siopaí bréagán, ar a dtugtar "cré draíochta" nó "tricolin". Táimid knead píosa marla i gcruth cosúil le dumbbell, thart ar 4 cm ar fad agus le trastomhas de chodanna thicker laistigh de 1-2 cm agus trastomhas caolaithe de thart ar 5 mm (Fig. 3a). Gabhaimid an múnlú lenár méara ag foirceann uachtair na coda níos tiús agus coinnímid gan gluaiseacht é nó crochaimid go hingearach é in aice leis an marcóir suiteáilte ag léiriú suíomh foirceann íochtair na coda níos tiús.

Ag breathnú ar shuíomh foirceann íochtair an marla, tugaimid faoi deara go bhfuil sé ag bogadh síos go mall. Sa chás seo, tá an chuid lár den plasticine comhbhrúite. Tugtar sreabhadh nó luascadh an ábhair ar an bpróiseas seo agus is éard atá ann ná fadú an ábhair a mhéadú faoi ghníomh strus tairiseach. Is é ár gcás, is cúis leis an strus seo ná meáchan an chuid íochtair den dumbbell marla (Fíor 3b). Ó thaobh micreascópach de reatha tá sé seo mar thoradh ar athrú ar struchtúr an ábhair faoi réir ualaí ar feadh tréimhse sách fada. Ag pointe amháin, tá neart an chuid cúngaithe chomh beag go bhriseann sé faoi mheáchan an chuid íochtair den marla ina n-aonar. Braitheann an ráta sreafa ar go leor fachtóirí, lena n-áirítear an cineál ábhair, an méid agus an modh chun strus a chur i bhfeidhm air.

Tá an marla a úsáidimid thar a bheith íogair do shreabhadh, agus is féidir linn é a fheiceáil leis an tsúil nocht i gceann cúpla soicind. Is fiú a chur leis gur cruthaíodh cré draíochta trí thimpiste sna Stáit Aontaithe, le linn an Dara Cogadh Domhanda, nuair a rinneadh iarrachtaí ábhar sintéiseach a tháirgeadh a bhí oiriúnach le haghaidh táirgeadh boinn le haghaidh feithiclí míleata. Mar thoradh ar pholaiméiriú neamhiomlán, fuarthas ábhar ina raibh líon áirithe móilíní neamhcheangailte, agus d'fhéadfadh bannaí idir móilíní eile a seasamh a athrú go héasca faoi thionchar fachtóirí seachtracha. Cuireann na naisc "preabadh" seo le hairíonna iontacha preabadh cré.

liathróid strae

Rís. 4. Socraigh le haghaidh tástála marla le haghaidh scaipeadh agus scíthe strus:

a) staid tosaigh, b) staid deiridh; 1 - liathróid chruach,

2 - soitheach trédhearcach, 3 - marla, 4 - bonn

Anois brú an marla draíochta isteach i soitheach beag trédhearcach, oscail ag an mbarr, ag cinntiú nach bhfuil boilgeoga aeir ann (Fíor 4a). Ba chóir go mbeadh airde agus trastomhas an tsoithigh roinnt ceintiméadar. Cuir liathróid chruach thart ar 1,5 cm ar trastomhas i lár dhromchla uachtair an marla Fágaimid an soitheach leis an liathróid ina n-aonar. Gach cúpla uair an chloig breathnaíonn muid suíomh na liathróide. Tabhair faoi deara go dtéann sé níos doimhne agus níos doimhne isteach sa marla, rud a théann, ar a seal, isteach sa spás os cionn dhromchla na liathróide.

Tar éis tréimhse sách fada, a bhraitheann ar: meáchan an liathróid, an cineál marla a úsáidtear, méid an liathróid agus an uile, an teocht chomhthimpeallach, tugaimid faoi deara go sroicheann an liathróid bun an uile. Líonfar an spás os cionn na liathróide go hiomlán le marla (Fíor 4b). Léiríonn an turgnamh seo go sreabhann an t-ábhar agus faoiseamh strus.

Léim marla

Déan liathróid de thaos súgartha draíochta agus caith go tapa é ar dhromchla crua ar nós an urláir nó an bhalla. Tugaimid faoi deara le hiontas go bpreabann an marla na dromchlaí seo cosúil le liathróid preab rubair. Is comhlacht é cré draíochta atá in ann airíonna plaisteacha agus leaisteacha araon a thaispeáint. Braitheann sé ar cé chomh tapa agus a ghníomhóidh an t-ualach air.

Nuair a chuirtear strusanna i bhfeidhm go mall, mar atá i gcás kneading, taispeánann sé airíonna plaisteacha. Ar an láimh eile, le cur i bhfeidhm tapa fórsa, a tharlaíonn nuair a imbhuaileann sé le hurlár nó balla, taispeánann marla airíonna leaisteacha. Is féidir comhlacht plaisteach-leaisteacha a thabhairt ar chré draíochta go hachomair.

Marla teanntachta

Grianghraf 2. Éifeacht síneadh mall cré draíochta (tá fad an tsnáithín sínte thart ar 60 cm)

An uair seo, foirm sorcóir marla draíochta thart ar 1 cm ar trastomhas agus cúpla ceintiméadar ar fad. Tóg an dá chríoch le méara do lámha ar dheis agus ar chlé agus socraigh an sorcóir go cothrománach. Ansin scaipeann muid ár n-arm go mall go dtí na taobhanna i líne dhíreach amháin, rud a fhágann go síneann an sorcóir sa treo aiseach. Is dóigh linn go dtugann an marla beagnach aon fhriotaíocht, agus tugaimid faoi deara go caolaíonn sé sa lár.

Is féidir fad an tsorcóra marla a mhéadú go dtí roinnt deich ceintiméadar, go dtí go mbeidh snáithe tanaí déanta ina chuid lárnach, a bhriseann le himeacht ama (grianghraf 2). Léiríonn an taithí seo, trí strus a chur i bhfeidhm go mall ar chomhlacht plaisteach-leaisteacha, gur féidir le duine dífhoirmiúchán an-mhór a chur faoi deara gan é a mhilleadh.

marla crua

Ullmhaímid an sorcóir marla draíochta ar an mbealach céanna agus a rinneadh sa turgnamh roimhe seo agus fillteann muid ár méara timpeall a chuid foircinn ar an mbealach céanna. Tar éis dúinn ár n-aird a dhíriú, leathnaímid ár n-arm go dtí na taobhanna chomh tapa agus is féidir, ag iarraidh an sorcóir a shíneadh go géar. Tharlaíonn sé go mbraitheann muid sa chás seo friotaíocht an-ard de marla, agus an sorcóir, ionadh, ní fadú ar chor ar bith, ach briseann i leath a fhad, amhail is dá mba gearrtha le scian (grianghraf 3). Léiríonn an turgnamh seo freisin go mbraitheann nádúr dífhoirmithe comhlacht plaisteach-leaisteacha ar an ráta iarratais ar strus.

Tá marla leochaileach cosúil le gloine

Grianghraf 3. Mar thoradh ar an síneadh tapa marla draíochta - is féidir leat a fheiceáil i bhfad níos lú fadú agus imeall géar, cosúil le crack in ábhar leochaileach

Léiríonn an turgnamh seo níos soiléire fós conas a théann an ráta struis i bhfeidhm ar airíonna coirp leaisteacha plaisteacha. Déan liathróid le trastomhas de thart ar 1,5 cm ó chré draíochta agus cuir é ar bhonn soladach, ollmhór, mar phláta cruach trom, inneagán, nó urlár coincréite. Buail an liathróid go mall le casúr a bhfuil meáchan 0,5 kg ar a laghad ann (Fíor 5a). Tharlaíonn sé go raibh sa chás seo iompar an liathróid cosúil le corp plaisteach agus flattens amach tar éis titim casúr uirthi (Fig. 5b).

Déan an marla leacaithe ina liathróid arís agus cuir ar an pláta é mar a rinneadh cheana. Arís bhuaileamar an liathróid le casúr, ach an uair seo déanaimid iarracht é a dhéanamh chomh tapa agus is féidir (Fíor 5c). Tharlaíonn sé go n-iompraíonn an liathróid marla sa chás seo amhail is dá mbeadh sé déanta as ábhar leochaileach, cosúil le gloine nó poirceallán, agus nuair a bhíonn tionchar uirthi gearrann sí ina píosaí i ngach treo (Fig. 5d).

Meaisín teirmeach ar bhannaí rubair cógaisíochta

Is féidir strus in ábhair sreabheolaíoch a laghdú trína dteocht a ardú. Bainfimid úsáid as an éifeacht seo in inneall teasa le prionsabal oibríochta iontas. Chun é a chur le chéile, beidh ort: caipín scriú próca stáin, dosaen nó mar sin bannaí rubair gearr, snáthaid mhór, píosa dronuilleogach de leathán miotail tanaí, agus lampa le bolgán an-te. Taispeántar dearadh an mhótair i bhFíor 6. Chun é a chur le chéile, gearr amach an lárchuid ón gclúdach ionas go bhfaighfear fáinne.

Rís. 5. Modh chun marla agus airíonna sobhriste marla a thaispeáint

a) an liathróid a bhualadh go mall b) bualadh mall

c) buille sciobtha ar an liathróid, d) éifeacht mear-bhuail;

1 - liathróid marla, 2 - pláta soladach agus ollmhór, 3 - casúr,

v - luas casúr

I lár an fháinne seo cuirimid snáthaid, is é sin an ais, agus cuirimid bannaí leaisteacha air ionas go mbeidh siad i lár a fhad a scíthe i gcoinne an fháinne agus go bhfuil siad sínte go láidir. Ba chóir na bannaí leaisteacha a chur go siméadrach ar an bhfáinne, dá bhrí sin, faightear roth le spócaí déanta as bannaí leaisteacha. Bend píosa leatháinmhiotail i gcruth crampon agus na lámha sínte amach, rud a ligeann duit an ciorcal a rinneadh roimhe seo a chur eatarthu agus leath a dhromchla a chlúdach. Ar thaobh amháin den cantilever, ar an dá imeall ingearach, déanaimid gearradh amach a ligeann dúinn an roth-acastóir a chur ann.

Cuir acastóir an rotha i ngearrthóg an taca. Déanaimid an roth a rothlú lenár mhéara agus seiceáil an bhfuil sé cothrom, i.e. an stopann sé in aon áit. Mura bhfuil sé seo amhlaidh, déan an roth a chothromú trí athrú beagán a dhéanamh ar an áit a gcomhlíonann na bannaí rubair an fáinne. Cuir an lúibín ar an mbord agus soillsigh an chuid den chiorcal atá ag brúchtadh óna áirsí le lampa an-te. Tharlaíonn sé go raibh tar éis tamaill a thosaíonn an roth a rothlú.

Is é an chúis atá leis an ngluaiseacht seo ná an t-athrú leanúnach ar shuíomh lár mais an roth mar thoradh ar éifeacht ar a dtugtar rheologists. scíthe strus teirmeach.

Tá an scíthe seo bunaithe ar an bhfíric go gconarthaí ábhar leaisteacha an-bhéim nuair a théitear é. In ár n-inneall, is é an t-ábhar seo ná bannaí rubair ar thaobh an rotha a théann amach as an lúibín lúibín agus a théitear le bolgán solais. Mar thoradh air sin, aistrítear lár mais an roth go dtí an taobh atá clúdaithe ag na hairm tacaíochta. Mar thoradh ar rothlú an roth, titeann na bannaí rubair téite idir arm na tacaíochta agus fuarú síos, ós rud é go bhfuil siad i bhfolach ón bolgán. Leathnaíonn scriosáin fhuaraithe arís. Cinntíonn seicheamh na bpróiseas a thuairiscítear rothlú leanúnach an roth.

Ní hamháin turgnaimh iontacha

Rís. 6. Dearadh inneall teasa déanta as bannaí rubair cógaisíochta

a) radharc taobh

b ) alt le plána aiseach; 1 - fáinne, 2 - snáthaid, 3 - scriosán cógaisíochta,

4 - lúibín, 5 - gearrtha amach sa lúibín, 6 - bolgán

Anois réalteolaíocht is réimse spéise é d’fhisiceoirí agus do speisialtóirí i réimse na n-eolaíochtaí teicniúla atá ag forbairt go tapa. Is féidir le feiniméin rheological i gcásanna áirithe drochthionchar a bheith acu ar an gcomhshaol ina dtarlaíonn siad agus ní mór iad a chur san áireamh, mar shampla, nuair a bhíonn struchtúir mhóra cruach á ndearadh a dhífhoirmíonn le himeacht ama. Tagann siad as scaipeadh an ábhair faoin ngníomh ualaí gníomhaithe agus a mheáchan féin.

Tá sé léirithe ag tomhas cruinne ar thiús na leathán copair a chlúdaíonn díonta géara agus fuinneoga gloine dhaite i séipéil stairiúla go bhfuil na gnéithe seo níos tiús ag an mbun ná ag an mbarr. Is é seo an toradh reathaidir copar agus gloine faoina meáchan féin ar feadh na gcéadta bliain. Úsáidtear feiniméin rheological freisin i go leor teicneolaíochtaí déantúsaíochta nua-aimseartha agus eacnamaíoch. Sampla is ea athchúrsáil plaistigh. Déantar an chuid is mó de na táirgí a dhéantar as na hábhair seo a mhonarú faoi láthair trí mhúnlú easbhrúite, líníochta agus buille. Déantar é seo tar éis an t-ábhar a théamh agus brú a chur air ag ráta roghnaithe go cuí. Dá bhrí sin, i measc rudaí eile, scragall, slata, píopaí, snáithíní, chomh maith le bréagáin agus páirteanna meaisín de chruthanna casta. Buntáistí an-tábhachtacha na modhanna seo ná costas íseal agus neamh-dhramhaíl.