Huk qonuni endi etarli bo'lmaganda ...

Maktab darsliklaridan ma'lum bo'lgan Guk qonuniga ko'ra, tananing cho'zilishi qo'llaniladigan stressga to'g'ridan-to'g'ri proportsional bo'lishi kerak. Biroq, zamonaviy texnologiyalar va kundalik hayotda katta ahamiyatga ega bo'lgan ko'plab materiallar faqat taxminan ushbu qonunga mos keladi yoki butunlay boshqacha yo'l tutadi. Fiziklar va muhandislarning aytishicha, bunday materiallar reologik xususiyatlarga ega. Ushbu xususiyatlarni o'rganish ba'zi qiziqarli tajribalar mavzusi bo'ladi.

Reologiya yuqorida aytib o'tilgan Guk qonuniga asoslangan elastiklik nazariyasidan tashqariga chiqadigan materiallarning xususiyatlarini o'rganadi. Bu xatti-harakat ko'plab qiziqarli hodisalar bilan bog'liq. Bularga, xususan, quyidagilar kiradi: kuchlanish pasayishi, ya'ni elastik histerezisdan keyin materialning asl holatiga qaytishining kechikishi; doimiy stressda tananing cho'zilishining ortishi, aks holda oqim deb ataladi; yoki mo'rt materiallarga xos xususiyatlar paydo bo'lgunga qadar, dastlabki plastik tananing deformatsiyasiga va qattiqligiga qarshilikning ko'p marta ortishi.

dangasa hukmdor

30 sm va undan ortiq uzunlikdagi plastik o'lchagichning bir uchi o'lchagich vertikal bo'lishi uchun tirgak jag'lariga mahkamlanadi (1-rasm). Biz o'lchagichning yuqori uchini vertikaldan faqat bir necha millimetrga rad etamiz va uni qo'yib yuboramiz. E'tibor bering, o'lchagichning bo'sh qismi vertikal muvozanat holati atrofida bir necha marta tebranadi va dastlabki holatiga qaytadi (1a-rasm). Kuzatilgan tebranishlar garmonikdir, chunki kichik og'ishlarda yo'naltiruvchi kuch vazifasini bajaruvchi elastik kuchning kattaligi o'lchagich uchining egilishiga to'g'ridan-to'g'ri proportsionaldir. Hukmdorning bunday xatti-harakati elastiklik nazariyasi bilan tavsiflanadi. 

Guruch. 1. Elastik histerezisni chizg‘ich yordamida o‘rganish

1 - tez yordam,

2 - viza jag'lari, A - o'lchagich uchining vertikaldan og'ishi

Tajribaning ikkinchi qismida biz o'lchagichning yuqori uchini bir necha santimetrga burib, uni qo'yib yuboramiz va uning xatti-harakatlarini kuzatamiz (1b-rasm). Endi bu uchi asta-sekin muvozanat holatiga qaytadi. Bu o'lchagich materialining elastik chegarasidan oshib ketishi bilan bog'liq. Bu effekt deyiladi elastik histerezis. Bu deformatsiyalangan tananing asta-sekin asl holatiga qaytishidan iborat. Agar biz ushbu oxirgi tajribani takrorlab, o'lchagichning yuqori uchini yanada ko'proq egib qo'ysak, uning qaytishi ham sekinroq bo'lishini va bir necha daqiqa vaqt olishini bilib olamiz. Bundan tashqari, o'lchagich to'liq vertikal holatga qaytmaydi va doimiy ravishda egilib qoladi. Tajribaning ikkinchi qismida tasvirlangan effektlar faqat bittasi reologiya tadqiqot mavzulari.

Qaytgan qush yoki o'rgimchak

Keyingi tajriba uchun biz arzon va sotib olish oson o'yinchoqdan foydalanamiz (ba'zan hatto kiosklarda ham mavjud). U halqa shaklidagi tutqichli uzun tasma bilan bog'langan qush yoki boshqa hayvon, masalan, o'rgimchak shaklida tekis haykalchadan iborat (2a-rasm). Butun o'yinchoq teginish uchun ozgina yopishqoq bo'lgan elastik, kauchukga o'xshash materialdan qilingan. Lenta juda oson cho'zilishi mumkin, uning uzunligini yirtmasdan bir necha marta oshiradi. Biz ko'zgu oynasi yoki mebel devori kabi silliq sirt yaqinida tajriba o'tkazamiz. Bir qo'lning barmoqlari bilan tutqichni ushlab turing va to'lqin qiling, shu bilan o'yinchoqni silliq yuzaga tashlang. Siz haykalchaning yuzaga yopishganini va lenta tarangligini sezasiz. Biz tutqichni barmoqlarimiz bilan bir necha o'n soniya yoki undan ko'proq ushlab turishni davom ettiramiz.

Guruch. 2. Qaytish xoch yordamida ko'rsatilgan elastik histerezisning yorqin misoli

1 - o'rgimchak haykalchasi, 2 - kauchuk tasma,

3 - tutqich, 4 - palma, 5 - sirt

Biroz vaqt o'tgach, biz haykalchaning to'satdan yuzadan chiqib ketishini va issiqlik qisqaradigan lenta bilan tortilib, tezda qo'limizga qaytishini payqadik. Bu holda, oldingi tajribada bo'lgani kabi, kuchlanishning sekin parchalanishi, ya'ni elastik histerezis ham mavjud. Cho'zilgan lentaning elastik kuchlari naqshning sirtga yopishish kuchlarini engib, vaqt o'tishi bilan zaiflashadi. Natijada, raqam qo'lga qaytadi. Ushbu tajribada ishlatiladigan o'yinchoq materiali reologlar tomonidan chaqiriladi viskoelastik. Bu nom silliq yuzaga yopishganda ham yopishqoqlik xususiyatini, ham elastik xususiyatlarni namoyon qilishi bilan oqlanadi, buning natijasida u bu sirtdan ajralib, asl holatiga qaytadi.

tushayotgan odam

Foto 1. Vertikal devordan tushayotgan haykalcha ham elastik histerezisning ajoyib namunasidir.

Ushbu tajribada viskoelastik materialdan tayyorlangan o'yinchoq ham qo'llaniladi (1-rasm). U odam yoki o'rgimchak figurasi shaklida qilingan. Biz bu o'yinchoqni oyoq-qo'llari bilan tashlaymiz va teskari tekis vertikal yuzaga, yaxshisi shisha, oyna yoki mebel devoriga tashlaymiz. Otilgan narsa bu sirtga yopishadi. Bir muncha vaqt o'tgach, uning davomiyligi, boshqa narsalar qatori, sirtning pürüzlülüğü va otish tezligiga bog'liq bo'lgan o'yinchoqning yuqori qismi tushadi. Bu yuqorida muhokama qilingan narsa natijasida sodir bo'ladi. elastik histerezis va oldingi tajribada mavjud bo'lgan kamarning elastik kuchini almashtiruvchi figuraning og'irligining harakati.

Og'irlik ta'sirida o'yinchoqning ajratilgan qismi pastga egilib, qism yana vertikal yuzaga tegmaguncha sinadi. Ushbu teginishdan so'ng, rasmni yuzaga keyingi yopishtirish boshlanadi. Natijada, rasm yana yopishtiriladi, lekin boshi pastga tushadi. Quyida tasvirlangan jarayonlar takrorlanadi, raqamlar navbat bilan oyoqlarni, keyin esa boshni yirtib tashlaydi. Buning ta'siri shundaki, rasm vertikal sirt bo'ylab pastga tushib, ajoyib burilishlar hosil qiladi.

Suyuq plastilin

Guruch. 3. Plastilin oqimini tekshirish

a) dastlabki holat, b) yakuniy holat;

1 - palma, 2 - plastilinning yuqori qismi,

3 - indikator, 4 - siqilish, 5 - plastilinning yirtilgan qismi

Ushbu va keyingi bir nechta tajribalarda biz o'yinchoq do'konlarida mavjud bo'lgan "sehrli loy" yoki "trikolin" deb nomlanuvchi plastilindan foydalanamiz. Biz dumbbellga o'xshash shaklda, taxminan 4 sm uzunlikdagi va qalinligi 1-2 sm gacha bo'lgan qalinroq qismlarga va taxminan 5 mm torayadigan diametrli plastilin bo'lagini yoğraymiz (3a-rasm). Biz qolipni barmoqlarimiz bilan qalinroq qismning yuqori uchidan ushlaymiz va uni harakatsiz ushlab turamiz yoki qalinroq qismning pastki uchining joylashishini ko'rsatadigan o'rnatilgan markerning yoniga vertikal ravishda osib qo'yamiz.

Plastilinning pastki uchining holatini kuzatib, uning asta-sekin pastga siljishini ta'kidlaymiz. Bunday holda, plastilinning o'rta qismi siqiladi. Ushbu jarayon materialning oqimi yoki o'rmalanishi deb ataladi va doimiy stress ta'sirida uning cho'zilishini oshirishdan iborat. Bizning holatda, bu stress plastilinli dumbbellning pastki qismining og'irligidan kelib chiqadi (3b-rasm). Mikroskopik nuqtai nazardan joriy bu etarlicha uzoq vaqt davomida yuklarga duchor bo'lgan materialning tuzilishidagi o'zgarish natijasidir. Bir vaqtning o'zida toraygan qismning kuchi shunchalik kichikki, u faqat plastilinning pastki qismining og'irligi ostida buziladi. Oqim tezligi ko'plab omillarga, jumladan, materialning turiga, unga stressni qo'llash miqdori va usuliga bog'liq.

Biz foydalanadigan plastilin oqimga juda sezgir va biz uni bir necha o'n soniyalarda yalang'och ko'z bilan ko'rishimiz mumkin. Shuni qo'shimcha qilish kerakki, sehrli loy Amerika Qo'shma Shtatlarida, Ikkinchi Jahon urushi paytida, harbiy mashinalar uchun shinalar ishlab chiqarish uchun mos bo'lgan sintetik material ishlab chiqarishga urinishlar qilingan paytda tasodifan ixtiro qilingan. To'liq bo'lmagan polimerizatsiya natijasida ma'lum miqdordagi molekulalar bog'lanmagan va boshqa molekulalar orasidagi bog'lanishlar tashqi omillar ta'sirida o'z o'rnini osongina o'zgartira oladigan material olindi. Ushbu "sakrab turadigan" havolalar loyning ajoyib xususiyatlariga hissa qo'shadi.

adashgan to'p

Guruch. 4. Plastilinni yoyish va stressni engillashtirish uchun sinov uchun to'plam:

a) dastlabki holat, b) yakuniy holat; 1 - po'lat to'p,

2 - shaffof idish, 3 - plastilin, 4 - tayanch

Endi sehrli plastilinni kichik shaffof idishga siqib, yuqori qismini oching, unda havo pufakchalari yo'qligiga ishonch hosil qiling (4a-rasm). Idishning balandligi va diametri bir necha santimetr bo'lishi kerak. Plastilinning ustki yuzasining o'rtasiga diametri taxminan 1,5 sm bo'lgan po'latdan yasalgan to'pni qo'ying Biz idishni to'p bilan yolg'iz qoldiramiz. Har bir necha soatda biz to'pning holatini kuzatamiz. E'tibor bering, u plastilinga chuqurroq va chuqurroq kirib boradi, bu esa, o'z navbatida, to'pning yuzasi ustidagi bo'shliqqa kiradi.

Etarlicha uzoq vaqtdan so'ng, bu quyidagilarga bog'liq: to'pning og'irligi, ishlatiladigan plastilin turi, to'p va panning o'lchami, atrof-muhit harorati, biz to'pning panning pastki qismiga etib borishini sezamiz. To'p ustidagi bo'shliq butunlay plastilin bilan to'ldiriladi (4b-rasm). Bu tajriba shuni ko'rsatadiki, material oqadi va stressni engillashtiring.

Plastilindan sakrash

Sehrli xamirdan to'p hosil qiling va uni tezda pol yoki devor kabi qattiq yuzaga tashlang. Biz hayrat bilan e'tibor qilamizki, plastilin bu yuzalardan sakrab chiqadigan kauchuk shar kabi sakraydi. Sehrli gil ham plastik, ham elastik xususiyatlarni namoyon qila oladigan tanadir. Bu yukning unga qanchalik tez ta'sir qilishiga bog'liq.

Stresslar asta-sekin qo'llanilganda, yoğurma holatida bo'lgani kabi, u plastik xususiyatlarni namoyon qiladi. Boshqa tomondan, pol yoki devor bilan to'qnashganda yuzaga keladigan kuchning tez qo'llanilishi bilan plastilin elastik xususiyatlarni namoyon qiladi. Sehrli loyni qisqacha plastik-elastik tana deb atash mumkin.

Uzatuvchi plastilin

2-rasm. Sehrli loyning sekin cho'zilishi effekti (cho'zilgan tolaning uzunligi taxminan 60 sm)

Bu safar taxminan 1 sm diametrli va bir necha santimetr uzunlikdagi sehrli plastilin silindrini hosil qiling. Ikkala uchini o'ng va chap qo'llaringizning barmoqlari bilan oling va rulonni gorizontal ravishda o'rnating. Keyin biz asta-sekin qo'llarimizni bir tekis chiziqda yon tomonlarga yoyamiz, shu bilan silindrni eksenel yo'nalishda cho'zishga olib keladi. Biz plastilin deyarli qarshilik ko'rsatmasligini his qilamiz va biz uning o'rtada torayganini sezamiz.

Plastilin tsilindrining uzunligi uning markaziy qismida vaqt o'tishi bilan uzilib ketadigan ingichka ip hosil bo'lguncha bir necha o'n santimetrgacha oshirilishi mumkin (2-rasm). Ushbu tajriba shuni ko'rsatadiki, plastik-elastik tanaga asta-sekin stressni qo'llash orqali uni yo'q qilmasdan juda katta deformatsiyaga olib kelishi mumkin.

qattiq plastilin

Biz sehrli plastilin tsilindrini avvalgi tajribadagidek tayyorlaymiz va barmoqlarimizni xuddi shu tarzda uchlarini o'rab olamiz. Diqqatimizni jamlagandan so'ng, biz silindrni keskin ravishda cho'zmoqchi bo'lib, qo'llarimizni iloji boricha tezroq yon tomonlarga yoyamiz. Ma'lum bo'lishicha, bu holda biz plastilinning juda yuqori qarshiligini his qilamiz va silindr, hayratlanarli darajada, umuman cho'zilmaydi, balki pichoq bilan kesilgandek, uzunligining yarmini buzadi (3-rasm). Bu tajriba, shuningdek, plastik-elastik jismning deformatsiyasining tabiati stressni qo'llash tezligiga bog'liqligini ko'rsatadi.

Plastilin shisha kabi mo'rt

Foto 3. Sehrli plastilinning tez cho'zilishi natijasi - siz bir necha baravar kamroq cho'zilish va mo'rt materialdagi yoriqga o'xshash o'tkir qirrani ko'rishingiz mumkin.

Ushbu tajriba stress darajasi plastik-elastik jismning xususiyatlariga qanday ta'sir qilishini yanada aniqroq ko'rsatadi. Sehrli loydan taxminan 1,5 sm diametrli to'p hosil qiling va uni qattiq, massiv asosga, masalan, og'ir po'lat plitalar, anvil yoki beton zaminga qo'ying. Og'irligi kamida 0,5 kg bo'lgan bolg'a bilan to'pni sekin urish (5a-rasm). Ma’lum bo‘lishicha, bu vaziyatda to‘p o‘zini plastik korpus kabi tutadi va ustiga bolg‘a tushganidan keyin tekislanadi (5b-rasm).

Yassilangan plastilinni yana to'pga aylantiring va avvalgidek plastinka ustiga qo'ying. Yana biz to'pni bolg'a bilan urdik, lekin bu safar biz buni imkon qadar tezroq qilishga harakat qilamiz (5-rasm). Ma'lum bo'lishicha, bu holda plastilin to'pi o'zini shisha yoki chinni kabi mo'rt materialdan yasalgandek tutadi va zarbadan keyin u har tomonga parchalanib ketadi (5d-rasm).

Farmatsevtik kauchuk bantlarda termal mashina

Reologik materiallardagi stressni ularning haroratini oshirish orqali kamaytirish mumkin. Biz bu effektni hayratlanarli ishlash printsipiga ega issiqlik dvigatelida ishlatamiz. Uni yig'ish uchun sizga kerak bo'ladi: qalay kavanoz vintli qopqoq, o'nlab yoki undan ko'p qisqa rezina bantlar, katta igna, to'rtburchaklar ingichka metall lavha va juda issiq lampochkali chiroq. Dvigatelning dizayni 6-rasmda ko'rsatilgan. Uni yig'ish uchun qopqoqdan o'rta qismini kesib oling, shunda halqa olinadi.

Guruch. 5. Plastilin va plastilinning mo'rt xususiyatlarini ko'rsatish usuli

a) to‘pga sekin urish b) sekin urish

v) to'pga tez zarba berish, d) tez urish effekti;

1 - plastilin to'pi, 2 - qattiq va massiv plastinka, 3 - bolg'a,

v - bolg'a tezligi

Ushbu halqaning o'rtasiga biz o'q bo'lgan igna qo'yamiz va unga elastik tasmalar qo'yamiz, shunda ularning uzunligi o'rtasida ular halqaga suyanadi va kuchli cho'ziladi. Elastik tasmalar halqaga nosimmetrik tarzda joylashtirilishi kerak, shuning uchun elastik bantlardan hosil bo'lgan spikerli g'ildirak olinadi. Qo'llarni cho'zilgan holda kramp shaklidagi metall lavhani egib, ular orasiga oldindan yasalgan doirani qo'yish va uning yuzasining yarmini qoplash imkonini beradi. Konsolning bir tomonida, uning ikkala vertikal chetida biz g'ildirak o'qini joylashtirishga imkon beruvchi kesma qilamiz.

G'ildirak o'qini tayanchning kesilgan joyiga qo'ying. Biz g'ildirakni barmoqlarimiz bilan aylantiramiz va uning muvozanatli yoki yo'qligini tekshiramiz, ya'ni. u har qanday holatda to'xtaydi. Agar bunday bo'lmasa, kauchuk bantlar halqa bilan uchrashadigan joyni biroz o'zgartirib, g'ildirakni muvozanatlashtiring. Qavsni stol ustiga qo'ying va aylananing uning kamarlaridan chiqadigan qismini juda issiq chiroq bilan yoritib turing. Ma'lum bo'lishicha, bir muncha vaqt o'tgach, g'ildirak aylana boshlaydi.

Ushbu harakatning sababi reologlar deb ataladigan ta'sir natijasida g'ildirakning massa markazining holatini doimiy ravishda o'zgartirishdir. termal stressni yumshatish.

Bu gevşeme yuqori kuchlanishli elastik material qizdirilganda qisqarishiga asoslanadi. Dvigatelimizda bu material braket braketidan chiqadigan va lampochka bilan isitiladigan g'ildirak tomonidagi kauchuk bantlardir. Natijada, g'ildirakning massa markazi qo'llab-quvvatlovchi qo'llar bilan qoplangan tomonga siljiydi. G'ildirakning aylanishi natijasida qizdirilgan kauchuk bantlar tayanchning elkalari orasiga tushadi va soviydi, chunki u erda ular lampochkadan yashiringan. Sovutilgan o'chirgichlar yana uzaytiriladi. Ta'riflangan jarayonlarning ketma-ketligi g'ildirakning uzluksiz aylanishini ta'minlaydi.

Faqat ajoyib tajribalar emas

Guruch. 6. Farmatsevtik rezina bantlardan tayyorlangan issiqlik dvigatelining dizayni

a) yon ko'rinish

b) eksenel tekislik bilan kesma; 1 - halqa, 2 - igna, 3 - farmatsevtika silgi,

4 - qavs, 5 - qavsdagi kesish, 6 - lampochka

Endi reologiya ham fiziklar, ham texnika fanlari sohasidagi mutaxassislarni qiziqtiradigan jadal rivojlanayotgan sohadir. Ba'zi holatlarda reologik hodisalar ular sodir bo'lgan muhitga salbiy ta'sir ko'rsatishi mumkin va masalan, vaqt o'tishi bilan deformatsiyalanadigan yirik po'lat konstruktsiyalarni loyihalashda hisobga olinishi kerak. Ular ta'sir qiluvchi yuklar va o'z og'irligi ta'sirida materialning tarqalishidan kelib chiqadi.

Tarixiy cherkovlardagi tik tomlar va vitray oynalarni qoplagan mis choyshablarning qalinligini aniq o'lchash shuni ko'rsatdiki, bu elementlar yuqoridan ko'ra pastki qismida qalinroq. Bu natija joriybir necha yuz yillar davomida o'z og'irligi ostida mis va shisha ham. Reologik hodisalar ko'plab zamonaviy va iqtisodiy ishlab chiqarish texnologiyalarida ham qo'llaniladi. Masalan, plastmassani qayta ishlash. Ushbu materiallardan tayyorlangan mahsulotlarning aksariyati hozirda ekstruziya, chizish va puflash yo'li bilan ishlab chiqariladi. Bu materialni isitish va unga tegishli tanlangan tezlikda bosim o'tkazishdan keyin amalga oshiriladi. Shunday qilib, boshqa narsalar qatorida, plyonkalar, novdalar, quvurlar, tolalar, shuningdek, murakkab shakllarga ega bo'lgan o'yinchoqlar va mashina qismlari. Ushbu usullarning juda muhim afzalliklari past narx va chiqindisizdir.