Курс фізікі, ч. II
Памер: 223с.
Мінск 1958
Калі расплаўленую і нагрэтую крыху вышэй 300° серу выліць у халодную ваду, то атрымліваецца мяккая аморфная сера, якая з цягам часу пераходзіць у крышталічную. Выяўляецца з цягам часу крышталізацыя і ў шкле, што можна назіраць па ўіварэнню ў некаторых месцах шкла матавых плям.
3 гэтых назіранняў можна зрабіць вывад, што аморфны стан для цвёрдага цела не з’яўляецца ўстойлівым. У радзе выпадкаў аморфнае цела паступова пераходзіць у крышталічнае.
99. Прасторавыя рашоткі. Даследаванні крышталяў пры дапамозе рэнтгенавых праменняў, пачатыя ў 1912 г., даказалі, што правільнасць
1 Аморфас (грэч.) — бясформенны.
152
форм крышталяў тлумачыцца ўпарадкаваным размяйічэннем атамаў унутры крышталя.
Калі злучыць атамы крышталя прамымі лініямі, то атрымаецца так званая прасторавая рашотка. Асобныя атамы, якія складаюць крышталі, знаходзяцца ў вузлах — пунктах перасячэння ліній, што ўтвараюць рашотку. Часта ў вузлах прасторавай рашоткі знаходзяцца дадатна або адмоўна зараджаныя атамы — іёны. На рыс. 160 дадзена схема прасторавай рашоткі спажыўной солі. Кожны дадатны іён Na знаходзіцца паміж адмоўнымі іёнамі С1, і кожны адмоўны
Рыс. 159. Сямейства крышталяў горнага хрусталю.
Рыс. 160. Прасторавая рашотка хлорыстага натрыя.
іён С1 знаходзіцца паміж дадатнымі іёнамі Na. Унутраныя сілы, якія прымушаюць іёны Na і С1 трымацца адзін каля другога, — гэта сілы электрычнага прыцяжэння.
Разнастайнасць форм крышталяў, якія сустракаюцца, тлумачыцца рознымі формамі прасторавых рашотак.
3 перабудовай прасторавай рашоткі змяняюцца і фізічныя ўласцівасці рэчыва Уласцівасць рэчыва мець некалькі крышталічных станаў называецца полімарфізмам. Прыкладам рэчыва, якое можа быць у некалькіх крышталічных станах, з’яўляецца вуглярод. Пры размяшчэнні атамаў вугляроду, паказаным на рыс. 161а, мы маем цвёрды алмаз. Пры размяшчэнні атамаў ланцужком, які ўтварае шасцівугольнік (рыс 1616). атрымліваецаа графіт. Трываласць графіту значна меншая, чым трываласць алмазу. У графіце адзін слой ланцужкоў лёгка зрушваецца адносна другога, чым тлумачыцца прымяненне графіту як змазваючага матэрыялу.
Пад уплывам знешніх уздзеянняў (ціску, тэмпературы) можа адбывацца перабудова крышталічнай структуры рэчыва. Напрыклад, дробныя крышталі жалеза і сталі могуць пераходзіць у буйныя. Асабліва ххткз адбываецца гэты працэс пры страсеннях, якім падпадаюць чыіуначныя рэйкі, масты і вагонныя восі. Размеры ж крышталікаў істотна ўплываюць на трываласць рэчыва. Сталь, напрыклад,
153
якая складаецца з дробпых крышталікаў, мае большую трываласць, чым сталь, якая складаецца з буйных крышталікаў.
_ 100. Дэфармацыя цвёрдых цел. Паміж малекуламі або атамамі цвёрдага цела таксама, як і паміж малекуламі вадкасці, акрамя сіл прыцяжэння, могуць дзейнічаць і адштурхвальныя сілы. Пры збліжэнні частачак павялічваюцца сілы адштурхвання, і тым больш, чым больш мы збліжаем іх адну з другой. Пры расцяжэнні цела атрымліваюць перавагу сілы прыцяжэння, якія дзейнічаюць паміж частачкамі.
Рыс. 161а. Прасторавая рашотка алмазу.
Рыс. 1616. Прастерагая рашотка графіту.
Механічная мадэль, паказаная на рыс. 162, ілюструе характар узаемадзеяння частачак крышталя, якія размешчаны ў вузлах крышталічнай рашоткі і вагаюцца вакол становішчаў раўнавагі.
Усякае знешняе, напрыклад механічнае, уздзеянне на крышталь парушае стан раўнавагі крышталічнай рашоткі. Яно стварае ўнутры крышталя перамяшчэнне частачак, што прыводзіць да змянення формы або аб’ёму цела, г. зн. да дэфармацыі.
Разгледзім, ад чаго залежыць велічыня дэфармацыі цела. Пад велічынёй дэфармацыі трэба разумець велічыню расцяжэння, сціскання, прагіну і г. д. Звернемся да доследу.
Установім тонкую драўляную лінейку канцамі на дзве апоры. Лінейка ляжыць гарызантальна, яна амаль прамалінейная. Пакладзём цяпер на сярэдзіну лінейкі якінебудзь груз. Лінейка прагнецца, і з павелічэннем нагрузкі гэты прагін будзе павялічвацца.
Падвешваючы да гумавага жгуціка розныя грузы, мы выявім, што чым большая вага грузу, тым мацней расцягваецца жгуцік.
Значыць, велічыня дэфармацыі залежыць ад велічыні прыкладзенай сілы.
Прарабіўшы апісаны вышэй дослед з больш тоўстай лінейкай, мы заўважым, што пры аднолькавай нагрузцы дэфармацыя будзе меншая.
154
Такім жа чынам тоўсты гумавы жгуцік пад дзеяннем якоганебудзь грузу расцягваецца менш, чым тонкі жгуцік.
Установім зноў тонкую лінейку на дзве апоры і будзем класці на яе груз у розных месцах; мы заўважым, што велічыня дэфармацыі будзе розная.
Калі замест драўлянай лінейкі ўзяць такога ж размеру лінейку з другога матэрыялу і прарабіць з ёю апісаныя вышэй доследы, то
можна даказаць, што дэ
фармацыя залежыць ад матэрыялу, з якога зроблена цела.
Такім чынам, доследы паказваюць, што велічыня дэфармацыі залежыць ад размераў цела, месца прыкладання сілы, яе напрамку і матэрыялу, з якога зроблена цела.
101. Пругкасць і пластычнасць. Мы бачылі, што ад матэрыялу, з якога зроблена цела, істотна залежыць велічыня яго дэфармацыі.
Рыг. 162. Механічная мадэль узаемадзеяння частачак крышталічнай рашоткі, якія размешчаны ў вузлах прасторавай рашоткі і вагаюцца каля становішчаў раўнавагі.
Да ліку надзвычай важных уласцівасцей матэрыялу належаць пругкасць і пластычнасць. Што гэта за ўласцівасці матэрыялу і якую ролю адыгрываюць яны ў тэхніцы? Звернемся зноў да доследу. Выгнем злёгку драўляную лінейку і адпусцім яе. Мы ўбачым, што яна выраўнуецца і прыме ранейшую форму. Значыць, пад дзеяннем сілы лінейка дэфармавалася, а пасля спынення дзеяння сілы дэфармацыя лінейкі знікла поўнасцю.
Дэфармацыі, якія знікаюць у целе пасля спынення дзеяння сіл, называюцца пругкімі дэфармацыямі.
Уласцівасць жа матэрыялу, якая заключаецца ў тым, што целы, зробленыя з яго, пад дзеяннем сіл дэфармуюцца, а пры знікненні іх аднаўляюць сваю форму і аб’ём, называецца пругкасцю.
Паўторым дослед з драўлянай лінейкай, але на гэты раз сагнём яе мацней; мы ўбачым, што лінейка разагнецца, але канчаткова не выраўнуецца Дэфармацыя ў ёй цалкам не знікпе. Дэфармацыя, якая застаецца ў целе пасля спынення дзеяння сіл, называецца астатк а в а й дэфармацыяй.
Астаткавая дэфармацыя характарызуе ўласцівасць матэрыялу, якая
называецца пластычнасцю.
Пругкасць і пластычнасць уласцівы ўсім цвёрдым целам.
Калі нагружаць стальную спружыну, то можна выявіць, што пры слабых расцяжэннях яна цалкам аднаўляе размер і форму; калі ж яе расцягнуць моцна, то ў ёй выяўляюцца астаткавыя дэфармацыі.
155
Моцна сціснуты гумавы цыліндр, напрыклад, не вяртаецца да раней— шых размераў і захоўвае бочкападобную форму.
3 другога боку, калі лінейку, зробленую са свінцу, злёгку сагнуць і адпусціць, то яна выраўноўваецца. Злёгку расцягнутая свінцовая спіраль спружыніць. У гэтых выпадках свінец праяўляе пругкія ўласцівасці.
Таму падзел матэрыялаў на пругкія і пластычныя ўмоўны. Аднак на практыцы такі падзел праводзіцца.
Велічыня, якая вымяраецца адносінай нагрузкі на брусок да плошчы яго папярочнага сячэння, называецца напружаннем і выражаецца ў ^ або Найменшае напружанне, пасля зняцця якога ва ўзоры паяўляюцца першыя прыкметы астагкавай (пластычнай) дэфармацыі, называецца мяжой пругк ас ц і.
У цел аднолькавай формы і размеру, але зробленых з розных матэрыялаў, мяжа пругкасці розная. Ніжэй у табліцы паказаны межы пругкасці некаторых матэрыялаў.
Матэрыял і спосаб апрацоўкі Мяжа пругкасш / У смЧ
Сталь вугляродзістая, катаная . . . 2570
» » каваная 1860
Сталь нікельванадыевая, адпушчаная 5830
Жалеза цягнутае 3160
Кальчугалюміній загартаваны .... 1900—2300
» халоднакатаны . . . 3500—5000
Свінец 25
Дуб уздоўж валокнаў 250
Сіла, якая ўзнікае пры дэфармацыі пругкага цела, называецца сілай пругкасці. Сіла пругкасці працідзейнічае знешняй сіле. Чым большая дэфармацыя цела, тым большая сіла пругкасці. Сіла пругкасці знікае, як толькі знікае ўзнікшая ў пругкім целе дэфармацыя.
102. Віды дэфармацый. Пругкія дэфармацыі, узнікаючыя ў целах, могуць быць разнастайнымі.
Адрозніваюць чатыры асноўныя віды дэфармацый: расцяжэнне (або сцісканне), зрушэнне, кручэнне і выгін.
Разгледзім кожны з іх паасобку.
1. Расцяжэнне. Прыкладзём да прамога стрыжня АВ сілы Р, роўныя ла велічыні і накіраваныя гіа восі стрыжня ў працілеглыя бакі (рыс. 163, а). Гэтыя сілы расцягнуць стрыжань. Можна адзін канец стрыжня А замацаваць нерухома, а да другога канца В
156
прыкласці сілу (рыс. 163, б), вынік будзе такі ж, як і ў першым выпадку.
Чым большая велічыня сілы Р, прыкладзенай да стрыжня, тым большае расцяжэнне яго.
Разграфім гумавую палоску на квадрацікі (рыс. 164, а) і расцягнем яе так, як паказана на рыс. 164,6. Мы заўважым, што адначасова з падаўжэннем палоска скарачаецца ў папярочных размерах. Гэты дослед паказвае, што пры падоўжным расцяжэнні павялічваецца даўжыня цела, але скарачаюцца папярочныя размеры яго.
Расцяжэнне адчуваюць тросы, канаты, ланцугі ў пад’ёмных транспартных устаноўках і мастах, сцяжкі паміж вагонамі ў паяздах, бэлькі будаўнічых ферм і г. д.
Калі на стрыжань А8 будуць дзейнічаць сілы, накіраваныя адна насустрач другой (рыс. 165), то ён сціснецца. Даўжыня яго пры гэтым паменшыцца, а папярочныя размеры павялічацца.
Рыс. 163. Пад дзеяннем сіл стрыжань расцягваецца.
Рыс. 164. Пры расцяжэнні квадратныя ячэйкі. якія начэрчаны на гумавай палосцы. ператвараюцца ў прамавугольнікі.
Рыс. 165. Стрыжань пад дзеяннем сіл сціскаецца.
Няцяжка бачыць, што дэфармацыя сціскання працілегла дэфармацыі расцяжэння.
Сцісканне адчуваюць слупьі, калоны, сцены, фундаменты дамоў, стрыжні будаўнічых ферм і інш.
2. 3 р у ш э н н е. Цела можа падпасці пад дзеянне сіл, якія імкнуцца зрушыць адну частку яго адносна другой так, як паказана на рыс. 166, дэфармацыя, якой падпадае цела ў гэтым выпадку, называецца зрушэннем. Уяўленне аб дэфармацыі такога характару дае зрушэнне лістоў кнігі, калі, паклаўшы кнігу на стол, перамяшчаць верхнюю частку яе паралельна аснове, якая застаецца нерухомай. Усе лісты кнігі зрушваюцца адзін адносна другога.
Калі на брусок дзейнічаюць сілы, якія накіраваны насустрач адна да другой і якія зрушваюць адну частку бруска адносна другой так,
157
як паказана на рыс. 167, то пры дастатковай велічыні гэтых сіл мы
КНІГІ ОНЛАЙН
