The new science of strong materials

Часть
1
http://vivovoco.rsl.ru/VV/PAPERS/TECHNICS/GORDON.1/PART01.HTM
Как же возникают эти силы
?
Дело в том
,
что в любом теле атомы химически связаны между собой
(
Приложение
I
).
Эти
связи условно можно представить в виде пружинок
,
хотя
,
конечно
,
ничего
"
твердого
"
в обычном вульгарном смысле
этого слова в промежутках между атомами не существует
(
рис
. 1).
Те же силы
,
которые делают тело твердым
,
определяют и его химические свойства
.
Разрушение химических связей освобождает энергию пороха и бензина
,
те же
связи делают резину и сталь упругими и прочными
.
Рис
. 1.
Наглядная модель химических связей в твердом теле
Когда твердое тело полностью свободно от механических нагрузок
(
что бывает
,
строго говоря
,
очень редко
),
химические
связи
,
или пружины в нашей модели
,
находятся в нейтральном положении
(
рис
. 1,
а
).
Любая попытка сблизить атомы
(
это мы называем сжатием
)
или оттянуть их друг от друга
(
что обычно называется растяжением
)
сопровождается
небольшим укорочением
(
рис
. 1,
б
)
или удлинением
(
рис
. 1,
в
)
межатомных пружин во всем объеме материала
.
При этом
ядра атомов считаются жесткими
,
кроме того
,
в твердом теле атомы обычно не обмениваются местами
,
по крайней мере
при умеренных
,
или
"
безопасных
",
нагрузках
.
Таким образом
,
податливость твердого тела определяется межатомными
связями
.
Жесткость этих связей может изменяться в широких пределах
,
но для большинства веществ она намного выше
,
чем у тех металлических пружин
,
с которыми мы встречаемся в повседневной жизни
.
Очень часто величины межатомных
сил весьма и весьма велики
.
Этого и следовало ожидать
,
если вспомнить о силах
,
которые могут быть получены при
разрыве химических связей горючих или взрывчатых веществ
.
Хотя абсолютно жестких тел
,
то есть таких
,
которые под действием внешних сил совершенно не изменяют своей формы
,
в природе не бывает
,
смещения во многих предметах часто оказываются очень малыми
.
Например
,
если я наступлю на
обычный строительный кирпич
,
то его высота уменьшится примерно на
1/20000 
см
.
А два любых соседних атома в
кирпиче станут ближе один к другому на расстояние
~1/500000A (2
Ч
10
-
14
см
).
Величина эта невероятно мала
,
но она
соответствует совершенно реальным перемещениям атомов
.
Конечно
,
в крупных конструкциях перемещения элементов
не всегда малы
.
Канаты
,
на которых висит мост через залив Форт
(
Шотландия
),
все время растянуты примерно на
0,1%,
что при их общей длине почти
3 
км составляет около
3 
м
.
В этом случае атомы железа
,
расстояние между которыми в не
нагруженном состоянии около
2 
А
,
удаляются на величину
~2/1000 
А
.
Тот факт
,
что расстояние между атомами действительно изменяется под нагрузкой
,
был многократно про верен путем
постановки самых различных экспериментов
.
Наиболее наглядные результаты дает стандартный метод измерения
межатомных расстояний по отклонению пучка рентгеновских лучей при прохождении его через кристалл
,
основанный на
явлении дифракции
.
Более чем полувековая практика позволила довести этот метод до весьма высокой точности
.
Опыты
показали
,
что смещения атомов в металлах
,
например
,
строго пропорциональны величине
,
на которую удлиняется
(
или
укорачивается
)
весь кусок металла
.
В этих экспериментах наблюдались изменения межатомных расстояний примерно до
1%.
На рис
. 2
показаны результаты измерений на мягкой стали
,
в которой максимальные смещения атомов были около
0,5%.

---

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