Упругость и пластичность

Изменение формы или размера тела называется деформацией. Деформации бывают растяжения и сжатия, причем рассматриваются только такие деформации, которые исчезают после прекращения действия сил, вызывающих деформацию. Такие деформации называются упругими. Все достаточно малые деформации — упругие. Если же деформации не исчезают после прекращения действия внешних факторов, то они называются пластическими. Различные виды деформаций изображены на рис. 5.10.

Рис.5.10. Виды деформаций: а — растяжение(сжатие); б — сдвиг; в — изгиб;
г — кручение

Все виды деформаций могут быть сведены локально, в каждой точке к растяжению (сжатию) и сдвигу. Для растяжения имеет место закон Гука: F = kx. Напомним, что этот закон верен только для упругих деформаций растяжения (сжатия). Коэффициент упругости k прямо пропорционален площади поперечного сечения S и обратно пропорционален длине l 0деформируемого тела («образца»): k = ES / l 0. Величина Е называется модулем упругости (модулемЮнга) и является характеристикой материала, вещества. Модуль упругости — табличная величина. Теперь закон Гука можно записать в виде

σ = E ε, (5.30)

где величина σ= F / S называется механическим напряжением (или просто напряжением), а безразмерная величина ε= x / l 0 — относительной деформацией или удлинением.

Типичная кривая деформирования тела для случая растяжения приведена на рис. 5. 11.

Рис.5.11. Кривая деформирования для растяжения. Разъяснения в тексте

Закон Гука — пропорциональность напряжения и деформации выполняется лишь на участке ОА, однако деформации можно считать почти упругими и на участке АВ. На участке ВС удлинение ε возрастает уже без увеличения напряжения. Это явление называется текучестью. При еще большем увеличении σ кривая деформирования становится нелинейной (участок CDM). После достижения нагрузки, соответствующей точке М (предел упругости), когда напряжение достигает максимума, образец продолжает деформироваться сам так, что напряжение даже уменьшается, а затем (точка N) наступает разрыв образца.

.

5.10.2. Особенности строения
и свойства эластомеров

При деформировании кристаллических материалов (образцов) приложение нагрузки приводит к увеличению межатомных расстояний. Для полимерных (высокомолекулярных) материалов основной механизм деформирования другой. При приложении нагрузки полимерные цепи распрямляются и длина образца увеличивается. Часто при этом поперечное сечение образца уменьшается (рис.5.12). Материалы, обладающие такими свойствами, называются эластомерами или высокоэластичнымиматериалами. Типичными примерами эластомеров являются каучук и резина.

Рис. 5.12. Растяжение эластомера

Оказалось, что механизм распрямления молекулярных цепей приводит к упругим деформациям даже при удлинениях, сравнимых с размером образца.

Главное в главе 5

Основной проблемой, решаемой физической и коллоидной химией, является описание молекулярных процессов, в которых играет роль наличие двух (или более) фазовых состояний вещества.

На границе фаз действует сила поверхностного натяжения F = σ l. Коэффициент поверхностного натяжения σ определяет процессы смачивания и капилярности. На границе фаз происходит адсорбция — сгущение растворенного вещества.

Важнейшей величиной, характеризующей фазовые превращенияи просто процессы, протекающие с образованием новых молекул (химические реакции!), является химический потенциал μ — та составляющая внутренней энергии, которая связана с внутренним строением молекулы. Химический потенциал зависит от давления и температуры

d μ = – sdT + Vdp, (5.19)

где s и V — соответственно энтропия и объем, приходящийся на одну молекулу.

Химический потенциал сохраняется при фазовых превращениях.

Сами фазовые превращения делятся на превращения с изменением агрегатного состоянияи превращения без изменения такого состояния. К первым относятся испарение, плавлениеи обратные переходы. Ко вторым — например, алотропные изменения вещества, кристаллические модификации. Существуют состояния вещества, промежуточные между жидкостью и кристаллом; они называются жидкокристаллическими. Все фазовые превращения связаны с изменением симметрии расположения молекул в веществе.

На основе молекулярного строения получают свои объяснения тепловые (теплоемкость) и механические (упругость) свойства тел.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: