Механические свойства твердых тел
Различные материалы проявляют неодинаковые механические свойства. Одни считаются более пластичными (медь, свинец, воск, пластмассы), другим больше свойственна упругость (сталь, резина).
Тем не менее, это деление условное, поскольку механические свойства тела существенно зависят от внешних факторов — температуры, давления, направления действия силы, наличия трещин и т. п. Так, при низких температурах свинец становится упругим телом и утрачивает свою пластичность, и наоборот, раскаленная сталь становится пластичной и легко поддается ковке.
Кроме упругости и пластичности очень важными характеристиками твердых тел являются хрупкость и твердость. Например, стекло и хрусталь даже при незначительных деформациях разрушаются.
Они чувствительны также к ударам и потому считаются хрупкими.
Хрупкость зависит от температуры тела. У каждого материала существует критическая температура его перехода из состояния пластической деформации в хрупкое.
При незначительных нагрузках в относительно малых пределах хрупкие тела могут проявлять упругость. Но еще до начала пластической деформации они разрушаются. Например, под действием ветра оконное стекло немного прогибается, но не разрушается.
Вместе с тем от удара даже маленького камешка оно легко разбивается.
Твердость тела связана с его прочностью и пластичностью. Ее определяют методом вдавливания стального шарика или алмазной призмы в исследуемый образец. По глубине или площади следа, образовавшегося под действием некоторой силы, определяют твердость материала.
Она тем больше, чем меньше глубина или площадь отпечатка.
Иногда твердость материала измеряют по глубине царапины эталонным резцом.
Механические свойства твердых тел зависят от многих факторов. Но самое существенное влияние на них оказывают молекулярная структура тела, его температура и наличие примесей.
Так, самое распространенное на Земле соединение кремния SiO2 в зависимости от природных модификаций и примесей может быть обычным стеклом, горным хрусталем, кварцем, аметистом, топазом и т. д., каждое из которых имеет особые механические свойства.
Знание механических свойств твердых тел широко используют в инженерии и строительстве, приборостроении и металлургии, поскольку от их проявления зависит качество продукции, долговечность работы машин и механизмов, предупреждение техногенных катастроф.
Содержание углеводорода и металлов-присадок в стали определяет ее твердость и упругость.
