Гуктун мыйзамы жетишсиз болгондо...

Мектеп окуу китептеринен белгилүү болгон Гук мыйзамына ылайык, дененин узундугу колдонулган стресске түз пропорционалдуу болушу керек. Бирок, заманбап технологияда жана күнүмдүк жашоодо чоң мааниге ээ болгон көптөгөн материалдар болжол менен бул мыйзамга туура келет же такыр башкача жүрүшөт. Физиктер жана инженерлер мындай материалдардын реологиялык касиетке ээ экенин айтышат. Бул касиеттерди изилдөө кээ бир кызыктуу эксперименттердин предмети болот.

Реология – бул жогоруда айтылган Гук мыйзамына негизделген ийкемдүүлүк теориясынан тышкары жүрүм-туруму бар материалдардын касиеттерин изилдөө. Бул жүрүм-турум көптөгөн кызыктуу көрүнүштөр менен байланышкан. Булар, атап айтканда, төмөнкүлөрдү камтыйт: чыңалуу төмөндөгөндөн кийин материалдын баштапкы абалына кайтып келүүсүнүн кечигүү, б.а., ийкемдүү гистерезис; туруктуу стрессте дененин узартылышын жогорулатуу, башкача агым деп аталат; же морт материалдарга мүнөздүү касиеттердин пайда болушуна чейин, баштапкы пластикалык дененин деформациясына жана катуулугуна каршылыктын бир нече эсе жогорулашы.

жалкоо башкаруучу

Узундугу 30 см же андан ашкан пластик сызгычтын бир учу сызгыч вертикалдуу болушу үчүн сызгычтын жаактарына бекитилет (1-сүрөт). Биз сызгычтын үстүнкү учун вертикалдан бир нече миллиметрге гана четке кагып, аны коё беребиз. Сызгычтын бош бөлүгү вертикалдык тең салмактуулук абалынын тегерегинде бир нече жолу термелип, баштапкы абалына кайтып келерин эске алыңыз (1а-сүрөт). Байкалып жаткан термелүүлөр гармониялуу, анткени кичине ийилиштерде жетектөөчү күчтүн ролун аткарган серпилгич күчтүн чоңдугу сызгычтын учу кыйшаюусуна түз пропорционал болот. Башкаруучунун мындай жүрүм-туруму ийкемдүүлүк теориясы менен сүрөттөлөт. 

Райс. 1. Сызгычтын жардамы менен серпилгич гистерезисти изилдөө

1 - сызгыч,

2 - айнек жаактары, А - сызгычтын учун вертикалдан четтөө

Эксперименттин экинчи бөлүгүндө сызгычтын үстүнкү учунан бир нече сантиметрге буруп, аны бошотуп, анын жүрүм-турумун байкайбыз (1б-сүрөт). Эми бул аягы акырындык менен тең салмактуулук абалына кайтып келет. Бул сызгыч материалынын серпилгич чегинен ашкандыгына байланыштуу. Бул эффект деп аталат ийкемдүү гистерезис. Ал деформацияланган дененин баштапкы абалына жай кайтып келүүдөн турат. Бул акыркы экспериментти сызгычтын үстүнкү учун дагы кыйшаюу менен кайталасак, анын кайтып келиши да жайыраак болуп, бир нече мүнөткө чейин созулушу мүмкүн экенин көрөбүз. Мындан тышкары, сызгыч так вертикалдык абалына кайтып келбейт жана биротоло ийилген бойдон калат. Эксперименттин экинчи бөлүгүндө сүрөттөлгөн эффекттердин бири гана реологиянын изилдөө предметтери.

Кайтып келе жаткан чымчык же жөргөмүш

Кийинки тажрыйба үчүн биз арзан жана сатып алууга оңой оюнчук колдонобуз (кээде киосктарда да бар). Ал шакек түрүндөгү туткасы бар узун кайыш менен бириктирилген чымчыктын же башка жаныбардын, мисалы, жөргөмүштүн түрүндөгү жалпак айкелден турат (2а-сүрөт). Бүт оюнчук тийгенде бир аз жабышчаак, ийкемдүү, резина сымал материалдан жасалган. Тасманы тытып койбостон, анын узундугун бир нече эсеге көбөйтүп, абдан оңой созулса болот. Биз экспериментти жылмакай беттин жанында жүргүзөбүз, мисалы, күзгү айнек же эмерек дубалы. Бир колуңуздун манжалары менен тутканы кармап, толкунду жасаңыз, ошону менен оюнчукту жылмакай бетке ыргытыңыз. Сиз фигуранын бетине жабышып, лента тартылып калганын байкайсыз. Биз тутканы манжаларыбыз менен бир нече ондогон секунд же андан көп кармайбыз.

Райс. 2. Кайтаруучу кресттин жардамы менен көрсөтүлгөн ийкемдүү гистерезистин ачык мисалы

1 - жөргөмүш фигурасы, 2 - резина,

3 - туткасы, 4 - алакан, 5 - бети

Бир нече убакыт өткөндөн кийин, биз фигурка капыстан үстүнкү бетинен чыгып, жылуулук кичирейтүү скотч менен тартылып, тез эле колубузга кайтып келерин байкайбыз. Бул учурда мурунку эксперименттегидей эле чыңалуунун жай ажыроосу, б.а., серпилгич гистерезиси болот. Керилген лентанын серпилгичтик күчтөрү оюмдун бетке жабыштыруу күчтөрүн жеңип, убакыттын өтүшү менен алсырайт. Натыйжада, фигура колго кайтып келет. Бул экспериментте колдонулган оюнчуктун материалын реологдор деп аташат илешкектүү. Бул аталыш жылмакай бетке жабышканда жабышчаак касиеттерин да, серпилгичтик касиеттерин да көрсөтүүсү менен акталган, ошонун аркасында ал бул беттен үзүлүп, баштапкы абалына келет.

түшүүчү адам

Сүрөт 1. Тик дубалдан түшкөн фигурка да серпилгич гистерезистин эң сонун мисалы болуп саналат.

Бул экспериментте илешкектүү материалдан жасалган оңой жеткиликтүү оюнчук да колдонулат (сүрөт 1). Ал адамдын же жөргөмүштүн фигурасы түрүндө жасалган. Биз бул оюнчукту буттары орнотулуп, тегиз вертикалдуу бетке, эң жакшысы айнек, күзгү же эмерек дубалына тескери бурулуп ыргытабыз. Бул бетке ыргытылган нерсе жабышып калат. Бир нече убакыт өткөндөн кийин, анын узактыгы, башка нерселер менен катар, бетинин тегиздигине жана ыргытуу ылдамдыгына жараша оюнчуктун үстү чыгып калат. Бул мурда талкууланган нерселердин натыйжасында болот. ийкемдүү гистерезис жана мурдагы экспериментте болгон курдун серпилгич күчүн алмаштырган фигуранын салмагынын аракети.

Салмактын таасири астында оюнчуктун ажыратылган бөлүгү эңкейип, тик бетине кайрадан тийгенге чейин андан ары үзүлөт. Бул тийгенден кийин фигураны бетке кийинки чаптоо башталат. Натыйжада, фигура кайрадан клей болот, бирок башты ылдый абалда. Төмөндө сүрөттөлгөн процесстер кайталанат, фигуралар кезектешип бутту, анан башты үзүп салышат. Эффект фигура вертикалдуу бетти бойлой түшүп, укмуштуудай бурмаларды жасайт.

Суюк пластилин

Райс. 3. Пластилиндин агымын текшерүү

а) баштапкы абал, б) акыркы абал;

1 - алакан, 2 - пластилиндин жогорку бөлүгү,

3 - индикатор, 4 - тармал, 5 - пластилиндин тытылган бөлүгү

Ушул жана андан кийинки бир нече эксперименттерде биз оюнчук дүкөндөрүндө бар болгон "сыйкырдуу чопо" же "триколин" деп аталган пластилинди колдонобуз. Биз пластилинди гантелге окшош формадагы, узундугу 4 смдей, калың бөлүктөрүнүн диаметри 1-2 см жана кууш диаметри 5 ммдей жууруп алабыз (3а-сүрөт). Калыпты манжаларыбыз менен жоон бөлүгүнүн үстүнкү учунан кармап, аны кыймылсыз кармайбыз же коюураак бөлүгүнүн төмөнкү учу жайгашкан жерди көрсөтүүчү орнотулган маркердин жанына вертикалдуу илип коёбуз.

Пластилиндин ылдыйкы учуна байкоо жүргүзүп, анын акырындап ылдый жылып баратканын байкайбыз. Бул учурда пластилиндин ортоңку бөлүгү кысылган. Бул процесс материалдын агымы же сойлоосу деп аталат жана туруктуу стресстин таасири астында анын узартылышын жогорулатуудан турат. Биздин учурда бул стресс пластилиндик гантелдин төмөнкү бөлүгүнүн салмагынан келип чыгат (3б-сүрөт). Микроскопиялык көз караштан алганда учурдагы бул жетиштүү узак убакыт бою жүк дуушар болгон материалдын структурасын өзгөртүүнүн натыйжасы болуп саналат. Бир маалда кууш бөлүктүн күчү өтө аз болгондуктан, пластилиндин астыңкы бөлүгүнүн салмагы астында гана сынып кетет. Агуунун ылдамдыгы көптөгөн факторлорго, анын ичинде материалдын түрүнө, ага стрессти колдонуунун көлөмүнө жана ыкмасына жараша болот.

Биз колдонгон пластилин агымга өтө сезгич жана аны жөн эле бир нече он секунданын ичинде көзүбүз менен көрө алабыз. Белгилей кетсек, сыйкырдуу чопо Америка Кошмо Штаттарында кокустан, Экинчи дүйнөлүк согуш учурунда, аскердик унаалар үчүн дөңгөлөктөрдү өндүрүү үчүн жарактуу синтетикалык материалды чыгаруу аракети көрүлгөндө пайда болгон. Толук эмес полимеризациянын натыйжасында белгилүү бир сандагы молекулалар байланышпаган, башка молекулалар ортосундагы байланыштар тышкы факторлордун таасири астында өз абалын оңой эле өзгөртө турган материал алынган. Бул "секирүү" шилтемелер секирген чопонун укмуштуудай касиеттерине салым кошот.

адашкан топ

Райс. 4. Пластилинди жайылтуу жана стресстен арылтуу үчүн тестирлөө үчүн комплект:

а) баштапкы абал, б) акыркы абал; 1 - болот шар,

2 - тунук идиш, 3 - пластилин, 4 - база

Эми сыйкырдуу пластилинди кичинекей тунук идишке сыгыңыз, анын үстүн ачып, анда аба көбүктөрү жок экенине ынаныңыз (4а-сүрөт). идиш бийиктиги жана диаметри бир нече сантиметр болушу керек. Пластилиндин үстүнкү бетинин ортосуна диаметри 1,5 смдей болот шарды коюңуз.Идишти шар менен жалгыз калтырабыз. Ар бир бир нече саатта биз топтун абалын байкап турабыз. Көңүл буруңуз, ал пластилинге барган сайын тереңдейт, ал өз кезегинде топтун үстүндөгү мейкиндикке кирет.

Жетиштүү узак убакыттан кийин, ал төмөнкүлөргө жараша болот: топтун салмагына, колдонулган пластилиндин түрүнө, топтун жана көмөчтүн өлчөмүнө, айлана-чөйрөнүн температурасына, биз топтун табанын түбүнө жеткенин байкайбыз. Топтун үстүндөгү боштук толугу менен пластилин менен толтурулат (сүр. 4б). Бул эксперимент материал агып жатканын көрсөтүп турат жана стресстен арылуу.

Пластилинден секирүү

Сыйкырдуу камырдан топ түзүп, аны пол же дубал сыяктуу катуу бетке тез ыргытыңыз. Пластилиндин бул беттерден секирген резина шар сыяктуу секирип жатканын биз таң калуу менен байкайбыз. Сыйкырдуу чопо - бул пластикалык жана ийкемдүү касиеттерди көрсөтө алган дене. Бул жүк ага канчалык тез таасир этээрине жараша болот.

Стресстерди жай колдонулганда, камыр жууруп жаткандай, ал пластикалык касиеттерди көрсөтөт. Башка жагынан алганда, пол же дубал менен кагылышып жатканда пайда болгон күч тез колдонуу менен, пластилин ийкемдүү касиеттерин көрсөтөт. Сыйкырдуу чопону кыскача пластикалык серпилгич дене деп атоого болот.

Тартуу пластилин

Сүрөт 2. Сыйкырдуу чопонун жай созулган эффекти (сунулган жипченин узундугу болжол менен 60 см)

Бул жолу диаметри 1 см жана узундугу бир нече сантиметр болгон сыйкырдуу пластилин цилиндрин түзүңүз. Оң жана сол колуңуздун манжалары менен эки учун алып, роликти туурасынан орнотуңуз. Андан кийин биз акырындык менен колубузду эки тарапка бир түз сызык менен жайып, цилиндрдин октук багытта созулушун камсыздайбыз. Пластилин дээрлик эч кандай каршылык көрсөтпөй турганын сезип, анын ортосунан тарылып кеткенин байкайбыз.

Пластилин цилиндринин узундугун анын борбордук бөлүгүндө убакыттын өтүшү менен үзүлүп турган ичке жип пайда болгонго чейин бир нече ондогон сантиметрге чейин көбөйтүүгө болот (сүрөт 2). Бул тажрыйба көрсөтүп турат, акырындык менен пластикалык-ийкемдүү денеге стрессти колдонуу менен, аны жок кылбастан, өтө чоң деформацияга алып келиши мүмкүн.

катуу пластилин

Сыйкырдуу пластилин цилиндрин мурунку эксперименттегидей кылып даярдап, манжаларыбызды анын учуна дал ушундай кылып оройбуз. Көңүлүбүздү топтоп, колубузду мүмкүн болушунча тезирээк эки тарапка жайып, цилиндрди кескин сунууну каалайбыз. Көрсө, бул учурда биз пластилиндин өтө жогорку каршылыгын сезебиз, ал эми цилиндр, таң калыштуусу, такыр эле узарбай, бычак менен кескендей, узундугунун жарымына сынып калат (3-сүрөт). Бул эксперимент ошондой эле пластикалык-эластикалык дененин деформациясынын мүнөзү стресстин колдонулуш ылдамдыгына көз каранды экендигин көрсөтөт.

Пластилин айнек сыяктуу морт

Сүрөт 3. Сыйкырдуу пластилиндин тез созулушунун натыйжасы - сиз бир нече эсе аз узундукту жана морт материалдын жаракасына окшош курч кырын көрө аласыз.

Бул эксперимент стресстин ылдамдыгы пластикалык-ийкемдүү дененин касиеттерине кандайча таасир этээрин ого бетер ачык көрсөтөт. Сыйкырдуу чоподон диаметри болжол менен 1,5 см болгон шарды жасап, аны катуу, массивдүү негизге, мисалы, оор болот табак, анвил же бетон полго коюңуз. Салмагы 0,5 кг кем эмес балка менен топту акырын ургула (5а-сүрөт). Көрсө, бул жагдайда шар өзүн пластик денедей алып барып, балка түшкөндөн кийин тегиздеп кетет (5б-сүрөт).

Тегизделген пластилинди кайрадан шар кылып, мурункудай тарелкага салабыз. Кайрадан топту балка менен урдук, бирок бул жолу аны мүмкүн болушунча тезирээк жасаганга аракет кылабыз (5в-сүрөт). Көрсө, бул учурда пластилин шары өзүн айнектен же фарфор сыяктуу морт материалдан жасалгандай кармап, сүзгөндө ар тарапка майдаланып сынып кетет (5г-сүрөт).

Фармацевтикалык резина тасмаларындагы термикалык машина

Реологиялык материалдардагы стрессти алардын температурасын жогорулатуу аркылуу азайтууга болот. Бул эффектти биз таң калыштуу иштөө принциби менен жылуулук кыймылдаткычында колдонобуз. Аны чогултуу үчүн сизге керек болот: калай банка бурагыч капкак, ондогон же андан көп кыска резина боолор, чоң ийне, жука металлдын тик бурчтуу бөлүгү жана өтө ысык лампочкасы бар лампа. Мотордун конструкциясы 6-сүрөттө көрсөтүлгөн. Аны жыйноо үчүн капкактын ортоңку бөлүгүн шакекче алуу үчүн кесип алыңыз.

Райс. 5. Пластилинди жана пластилиндин морттук касиеттерин көрсөтүү ыкмасы

а) топту жай сүзүү б) жай уруу

в) топко тез сокку, г) тез соккунун таасири;

1 - пластилин шары, 2 - катуу жана массалык табак, 3 - балка,

v - балка ылдамдыгы

Бул шакекченин ортосуна ийнени салабыз, ал огу болуп саналат жана анын узундугунун ортосунда алар шакекчеге таянып, катуу чоюлуп тургудай кылып ийкемдүү тилкелерди салабыз. Эластик тилкелерди шакекчеге симметриялуу жайгаштыруу керек, ошентип, ийкемдүү тилкелерден жасалган спицтери бар дөңгөлөк алынат. Металлдын бир бөлүгүн колун сунуп, крампон формасында ийип, алардын ортосуна мурда жасалган тегеректи коюп, анын бетинин жарымын жабууга мүмкүндүк берет. Консольдун бир тарабында, анын эки вертикалдуу четинде, биз ага дөңгөлөктүн огун жайгаштырууга мүмкүндүк берген кесип жасайбыз.

Дөңгөлөктүн огун колдоонун кесилген жерине коюңуз. Дөңгөлөктү манжаларыбыз менен айлантып, анын тең салмактуу экенин текшеребиз, б.а. кандайдыр бир позицияда токтойбу. Эгер андай болбосо, резина боолордун шакекчеге кошулган жерин бир аз жылдырып, дөңгөлөктү тең салмактаңыз. Кронштейнди столдун үстүнө коюп, тегеректин анын аркаларынан чыгып турган бөлүгүн өтө ысык лампа менен жарыктандырыңыз. Бир аздан кийин дөңгөлөк айлана баштайт экен.

Бул кыймылдын себеби реологдор деп аталган эффекттин натыйжасында дөңгөлөктүн масса борборунун абалынын тынымсыз өзгөрүшү. термикалык стресс релаксация.

Бул релаксация ысытылганда катуу стресске кабылган серпилгич материалдын жыйрылышына негизделген. Биздин кыймылдаткычта бул материал кронштейнден чыгып турган дөңгөлөк тараптагы резина тасмалар жана лампочка менен жылытылат. Натыйжада дөңгөлөктүн массасынын борбору таяныч колдору менен жабылган тарапка жылат. Дөңгөлөктүн айлануусунун натыйжасында ысытылган резина тасмалар тирөөчтүн ийиндеринин ортосуна түшүп, муздайт, анткени ал жерде лампадан жашырылган. Муздатылган өчүргүчтөр кайра узартылат. Сүрөттөлгөн процесстердин ырааттуулугу дөңгөлөктүн үзгүлтүксүз айлануусун камсыз кылат.

Укмуштуудай эксперименттер гана эмес

Райс. 6. Фармацевтикалык резинадан жасалган жылуулук кыймылдаткычынын конструкциясы

а) каптал көрүнүш

б) октук тегиздик боюнча кесилиши; 1 - шакек, 2 - ийне, 3 - фармацевтикалык өчүргүч,

4 - кашаа, 5 - кашаадагы кесүү, 6 - лампа

азыр реология физиктерди да, техникалык илимдер тармагындагы адистерди да кызыктырып жаткан ылдам өнүгүп жаткан тармак. Реологиялык кубулуштар кээ бир кырдаалдарда алар пайда болгон чөйрөгө терс таасирин тийгизиши мүмкүн жана алар, мисалы, убакыттын өтүшү менен деформациялануучу чоң темир конструкцияларды долбоорлоодо эске алынууга тийиш. Алар аракеттеги жүктөрдүн жана өз салмагынын таасири астында материалдын жайылышынын натыйжасында пайда болот.

Тарыхый чиркөөлөрдөгү тик чатырларды жана витраждарды жаап турган жез барактардын калыңдыгын так өлчөө бул элементтердин үстү жагына караганда ылдый жагында калың экенин көрсөттү. Бул жыйынтык учурдагыжез жана айнек да бир нече жүз жыл өз салмагы астында. Реологиялык кубулуштар көптөгөн заманбап жана үнөмдүү өндүрүш технологияларында да колдонулат. Мисал катары пластмассаларды кайра иштетүү болуп саналат. Бул материалдардан жасалган буюмдардын көбү азыркы учурда экструзия, чийүү жана үйлөтүү жолу менен өндүрүлөт. Бул материалды ысытып, ага ылайыктуу тандалган ылдамдыкта басым жасагандан кийин жасалат. Ошентип, башка нерселер менен катар, фольгалар, таякчалар, түтүктөр, булалар, ошондой эле татаал формадагы оюнчуктар жана машина тетиктери. Бул ыкмалардын абдан маанилүү артыкчылыктары арзан жана калдыксыз болуп саналат.