The new science of strong materials

Гриффитс и энергия
Теперь мы должны вернуться назад
,
к
1920 
году
,
когда вся проблема прочности довольно основательно подзавязла
.
В то
время А
.
А
. 
Гриффитс
(1893–1963),
молодой сотрудник Авиационного исследовательного центра в Фарнборо
,
носился с
идеями
,
которые шли вразрез с традициями и противостояли скучной обыденности работ над материалами
.
Но
,
к
сожалению
,
всерьез их никто не воспринимал
.
А Гриффитс ставил очень интересные вопросы
.
Почему столь велика
разница в прочности различных тел
?
Почему прочность всех тел не одинакова
?
Почему вообще материалы имеют какую
-
то прочность
?
Почему бы им не быть прочнее
?
По крайней мере
,
сколь прочными они
"
обязаны
"
быть
?
До сравнительно
недавнего времени все эти вопросы считались либо непостижимыми
,
либо несостоятельными
,
либо принадлежащими
глупцам
.
Теперь
-
то мы знаем в общих чертах
,
какой должна быть прочность любого материала и почему далеко не всегда она
достигается на практике
.
Более того
,
нам в какой
-
то мере известно
,
что нужно делать
,
чтобы повысить прочность
материала
.
Этими знаниями мы прямо или косвенно обязаны Гриффитсу
.
Ниже в сокращенном и несколько
видоизмененном виде я приведу его основные идеи
.
Прежде всего мы должны уметь обращаться с понятием энергии
,
которая представляет собой способность совершать
работу
.
Энергия имеет размерность силы
,
умноженной на расстояние
.
Так
,
если я поднимаю груз весом
2 
кг на высоту
1,5 
м
,
то я увеличиваю его потенциальную энергию на
3 
кгм
.
Эта энергия
(
она исходит от моего обеда
,
который в свою
очередь исходит от солнца
,
и
т
.
д
.)
может быть преобразована в любую из форм энергии
,
но не может быть уничтожена
.
Потенциальная энергия представляет собой очень удобный способ
"
консервирования
"
энергии
.
Когда это потребуется
,
она может пройти через различные последовательные преобразования из одной формы в другую
.
Эти переходы могут
быть очень наглядными
,
при этом может быть рассчитан баланс энергии
.
Накопленная
,
или потенциальная
,
энергия поднятого груза прежде использовалась
,
например
,
для привода настенных
часов
.
Сейчас в большинстве часовых механизмов запас энергии содержится в пружине
.
Выбор способа накопления
энергии
-
всего лишь вопрос удобства
,
а не принципа
*.
Энергия деформированного тела очень напоминает энергию
поднятого груза
,
следует лишь иметь в виду
,
что в процессе деформирования сила изменяется
,
в то время как вес
практически не зависит от высоты подъема
,
если она
,
конечно
,
не слишком велика
.
Согласно закону Гука при
деформации напряжение в материале растет линейно
.
Следовательно
,
если исходное напряжение было равно нулю
,
то
энергия деформации в единице объема выражается формулой
1/2 • (
Напряжение
•
Деформация
)
То
,
что энергия деформации вполне обычная тривиальная вещь
,
отлично демонстрируется стрелками
-
лучниками
.
Между
прочим
,
поэтому следует держаться в стороне от натянутых тросов
.
Кинетическая энергия причаленного судна
,
то есть
энергия движения судна
,
качающегося на волнах у причала
,
преобразуется в энергию деформации чалки
.
Если чалка
обрывается
,
то эта энергия переходит в кинетическую энергию каната
,
которая может оказаться слишком большой для
стоящего на ее пути человека
.

---

VIVOS VOCO: 
Дж
. 
Гордон
, «
Почему
мы
не
проваливаемся
сквозь
пол
» -