The new science of strong materials

Часть
I.
Упругость и теория прочности

---

VIVOS VOCO: 
Дж
. 
Гордон
, «
Почему
мы
не
проваливаемся
сквозь
пол
» - 
Часть
1
http://vivovoco.rsl.ru/VV/PAPERS/TECHNICS/GORDON.1/PART01.HTM
Глава
1.
Напряжения и деформации
,
или
почему мы не проваливаемся сквозь пол
Глава
2
.
Внутреннее сцепление
,
или
насколько прочными должны быть материалы
Глава
3
.
Трещины и дислокации
,
или
почему столь мала фактическая прочность материалов
Часть
II.
Неметаллы
Часть
III.
Металлы
Приложение
I.
О различных типах твердого тела
,
или
кое
-
что о патоке
Приложение
II.
Простые формулы теории балок
,
или как сделать расчет на прочность
Сетевая публикация подготовлена учениками московской гимназии
№
 1543
Олегом Борисенко и Дмитрием Бегизовым

---

VIVOS VOCO: 
Дж
. 
Гордон
, «
Почему
мы
не
проваливаемся
сквозь
пол
» - 
Часть
2
http://vivovoco.rsl.ru/VV/PAPERS/TECHNICS/GORDON.1/PART02.HTM
Дж
.
Гордон
Почему мы не проваливаемся
сквозь пол
Перевод с английского С
.
Т
.
Милейко
Опубликовано издательством
"
Мир
",
Москва
, 1971
Часть
II. 
НЕМЕТАЛЛЫ
Глава__6__._Клей_и_фанера_,__или_слюда_в_планерах'>Глава__5._Древесина_и_целлюлоза_,__или_о_деревянных_кораблях_и_железных_людях'>Глава
4.
Торможение трещины
,
или
как обеспечить вязкость
Ударная прочность
Критерий Гриффитса и критическая длина трещины
Вязкость неметаллических материалов
Поверхность раздела как тормоз для трещин
Глава
5.
Древесина и целлюлоза
,
или
о деревянных кораблях и железных людях
Рост растения
Свойства древесины
Разбухание
Выдержка древесины
Разложение древесины
Деревянные суда
Глава
6
.
Клей и фанера
,
или
слюда в планерах
Клеи
Слоистая древесина и фанера
Аэропланы
Глава
7
.
Композиционные материалы
,
или
как делать кирпичи с соломой
Папье
-
маше
Пресс
-
порошки
Слоистые материалы с целлюлозными волокнами
Стеклопластики
Армированный бетон
Глава
4
ТОРМОЖЕНИЕ ТРЕЩИНЫ
,
или
КАК ОБЕСПЕЧИТЬ ВЯЗКОСТЬ
Плиний старший
(23-79 
гг
.
н
.
э
.)
в своей весьма путаной
“
Естественной истории
”
указывает способ
,
с помощью которого
можно отличить неподдельный алмаз
.
Он советует положить предполагаемый алмаз на наковальню и ударить его
тяжелым молотом как можно сильнее
.
Если камень не выдержит
,
он не настоящий алмаз
.
Надо думать
,
так было
уничтожено немало драгоценных камней
-
ведь Плиний путает здесь твердость и вязкость
.
Алмаз
-
самый твердый из
всех веществ
,
и его твердость очень полезна в тех случаях
,
когда необходимо резать
,
царапать или шлифовать
;
в этом
состоит его главное применение в технике
.
Но алмаз
,
как и другие твердые драгоценные камни
,
довольно хрупок
;
и если
бы даже его добывали большими кусками и в больших количествах
,
широко распространенным конструкционным
материалом он бы не был
.
Самый тяжкий грех конструкционного материала
-
не недостаток прочности или жесткости
,
которые
,
конечно
,
совершенно необходимы
,
а недостаток вязкости
,
иными словами
-
недостаточное сопротивление распространению
трещин
.
Можно примириться с недостатком прочности или жесткости и учесть их в процессе конструирования
,
но
бороться с трещинами
,
которые оказываются очень опасными
,
застигая инженера врасплох
,
намного труднее
.
Большинство металлов и пород дерева
,
резина
,
стеклопластики
,
кости
,
зубы
,
одежда
,
канаты
,
нефрит
-
вязки
.
Большинство минералов
,
стекла
,
посудная керамика
,
канифоль
,
бакелит
,
бетон
,
печенье
-
хрупки
.
Хрупким можно
назвать и обычное желе
,
это легко проверить за столом
,
наблюдая
,
как распространяются в нем трещины от ложки или

---

VIVOS VOCO: 
Дж
. 
Гордон
, «
Почему
мы
не
проваливаемся
сквозь
пол
» - 
Часть
2
http://vivovoco.rsl.ru/VV/PAPERS/TECHNICS/GORDON.1/PART02.HTM
вилки
.
Вещества
,
которые мы перечислили в каждом из списков
,
имеют довольно мало общего
,
вот почему не так просто
выявить то
,
что делает одни вещи вязкими
,
а другие
-
хрупкими
.
В то же время различие между хрупкостью и вязкостью
очень осязаемо
.
Обожженная глина и кусок жести имеют примерно одинаковую прочность на разрыв
.
Но если вы
уроните на пол глиняный горшок
,
он разлетится вдребезги
,
а с упавшей консервной банкой ничего не случится
-
в
худшем случае на пен появится небольшая вмятина
.
Прочность на разрыв обычных стекол и керамик может быть
довольно большой
,
но никому не придет в голову делать из них
,
например
,
автомобиль
.
Причина ясна
-
очень уж они
хрупки
.
Здравый смысл подсказывает это каждому из нас
.
Но почему
?
Что же такое хрупкость на самом деле
?
Прежде всего
,
скорость нагружения
-
далеко не главное
,
что определяет хрупкость
.
Психологически существует большая
разница между статической нагрузкой
,
которая прикладывается медленно
,
и динамической мгновенно приложенной
ударной нагрузкой
.
Разница существует и на самом деле
,
и ею нельзя пренебречь
,
но она далеко не так важна
,
как это
может показаться с первого взгляда
.
Мы стучим молотком не потому
,
что нам нужны удары сами по себе
,
а потому
,
что
удар тяжелого молотка
-
очень удобный и дешевый путь получения большой локальной силы
.
Если бы мы приложили
такую же по величине силу медленно
,
то
,
как правило
,
получили бы примерно тот же конечный результат
.
Это
справедливо и в тех случаях
,
когда мы рассматриваем падение предметов на пол
,
автомобильные аварии
,
крушения
самолетов
,
хотя в дальнейшем в этих явлениях мы увидим некоторые важные особенности
.
Однако независимо от того
,
медленно или быстро прикладывается сила к хрупкому телу
,
стоит только начаться разрушению
-
трещины будут
распространяться в нем очень и очень быстро
-
обычно со скоростью несколько тысяч километров в час
.
Именно поэтому
разрушение кажется нам мгновенным
.
Мы уже говорили
,
что в каком
-
то смысле нет существенной разницы между механически нагруженным материалом и
взрывчаткой
.
Энергия деформации упругого тела накапливается в натянутых химических связях
,
а при разрушении тела
эта энергия освобождается
.
Если достигнута теоретическая величина деформации разрыва
,
все связи оказываются
максимально натянутыми
,
и мы должны считать
,
что энергия деформации примерно равна энергии химических связей в
материале
.
На практике
,
однако
,
материалы обычно разрушаются
,
не достигнув и малой толики теоретической
прочности
,
так что освобожденная энергия при этом намного меньше
,
чем энергия
,
даваемая эквивалентным количеством
взрывчатки
.
И все
-
таки разрушение может сопровождаться вполне ощутимым хлопком
.
Наблюдение за тем
,
как
разрываются особо прочные волокна или усы
(
например
,
в машине Марша
),
убедительно показывает
,
что их прочность
составляет значительную долю теоретической
.
В этом случае после разрыва не найдешь
,
как обычно
,
кусков образца
:
после взрывообразного разрушения волокно исчезает
,
оставляя лишь мелкую пыль
.
Такие испытания не опасны лишь
потому
,
что прочные волокна
,
как правило
,
очень малы
.