Kung ang Balaod ni Hooke dili na igo ...

Sumala sa balaod ni Hooke nga nahibal-an gikan sa mga libro sa eskuylahan, ang pagpalugway sa usa ka lawas kinahanglan nga direkta nga katimbang sa gipadapat nga stress. Bisan pa, daghang mga materyales nga hinungdanon kaayo sa modernong teknolohiya ug adlaw-adlaw nga kinabuhi gibana-bana nga nagsunod sa kini nga balaod o naggawi nga hingpit nga lahi. Ang mga pisiko ug mga inhenyero nag-ingon nga ang maong mga materyales adunay rheological properties. Ang pagtuon niini nga mga kabtangan mahimong hilisgutan sa pipila ka makapaikag nga mga eksperimento.

Ang rheology mao ang pagtuon sa mga kabtangan sa mga materyales kansang kinaiya labaw pa sa teorya sa pagkamaunat-unat base sa nahisgutang balaod ni Hooke. Kini nga kinaiya nalangkit sa daghang makapaikag nga mga panghitabo. Kini naglakip, ilabi na: ang paglangan sa pagbalik sa materyal ngadto sa orihinal nga kahimtang niini human sa usa ka drop boltahe, i.e., pagkamaunat-unat hysteresis; pagdugang sa elongation sa lawas sa kanunay nga stress, kon dili gitawag nga dagan; o usa ka daghang pagtaas sa resistensya sa deformation ug katig-a sa usa ka una nga plastik nga lawas, hangtod sa dagway sa mga kabtangan nga kinaiya sa brittle nga mga materyales.

tapolan nga magmamando

Ang usa ka tumoy sa usa ka plastik nga ruler nga 30 cm o labaw pa ang gitas-on gibutang sa vise jaws aron ang ruler mao ang vertical (Fig. 1). Gisalikway namo ang ibabaw nga tumoy sa magmamando gikan sa bertikal pinaagi lamang sa pipila ka milimetro ug buhian kini. Timan-i nga ang libre nga bahin sa magmamando nag-oscillate sa makadaghang higayon sa palibot sa bertikal nga ekwilibriyo nga posisyon ug mibalik sa orihinal nga kahimtang niini (Fig. 1a). Ang naobserbahan nga mga oscillations mga harmonic, tungod kay sa gagmay nga mga deflection ang gidak-on sa pagkamaunat-unat nga pwersa nga naglihok isip usa ka giya nga pwersa direkta nga proporsyonal sa pagtipas sa katapusan sa magmamando. Kini nga kinaiya sa magmamando gihulagway sa teorya sa pagkamaunat-unat. 

bugas. 1. Pagtuon sa elastic hysteresis gamit ang ruler

1 - magmamando,

2 – vice jaws, A – pagtipas sa tumoy sa magmamando gikan sa bertikal

Sa ikaduha nga bahin sa eksperimento, atong gitipas ang ibabaw nga tumoy sa magmamando sa pipila ka sentimetro, buhian kini, ug obserbahan ang kinaiya niini (Fig. 1b). Karon kini nga katapusan hinayhinay nga mibalik sa posisyon sa panimbang. Kini tungod sa sobra sa pagkamaunat-unat nga limitasyon sa materyal nga magmamando. Kini nga epekto gitawag pagkamaunat-unat nga hysteresis. Naglangkob kini sa hinay nga pagbalik sa deformed nga lawas sa orihinal nga kahimtang niini. Kung atong balikon kining kataposang eksperimento pinaagi sa pagkiling sa ibabaw nga tumoy sa ruler ug labaw pa, atong makita nga ang pagbalik niini mohinay usab ug mahimong moabot ug pipila ka minuto. Dugang pa, ang magmamando dili mobalik sa tukma sa bertikal nga posisyon ug magpabilin nga permanente nga gibawog. Ang mga epekto nga gihulagway sa ikaduhang bahin sa eksperimento usa lang sa rheology research nga mga subject.

Nagbalik nga langgam o kaka

Para sa sunod nga eksperyensya, mugamit mi ug barato ug sayon ​​paliton nga dulaan (usahay naa pa gani sa mga kiosk). Kini naglangkob sa usa ka patag nga figurine sa porma sa usa ka langgam o sa uban nga mga mananap, sama sa usa ka lawalawa, konektado sa usa ka taas nga strap uban sa usa ka singsing-shaped kuptanan (Fig. 2a). Ang tibuok dulaan gihimo sa usa ka lig-on, sama sa goma nga materyal nga medyo mopilit sa paghikap. Ang teyp dali kaayong ma-stretch, nga madugangan ang gitas-on niini sa makadaghang higayon nga dili magisi. Naghimo kami og eksperimento duol sa hamis nga nawong, sama sa salamin nga bildo o bungbong sa muwebles. Gamit ang mga tudlo sa usa ka kamot, kupti ang kuptanan ug himoa ang usa ka balud, sa ingon iitsa ang dulaan sa usa ka hapsay nga nawong. Mamatikdan nimo nga ang pigurin mopilit sa ibabaw ug ang teyp magpabilin nga gahi. Nagpadayon kami sa pagkupot sa kuptanan gamit ang among mga tudlo sulod sa pipila ka napulo ka segundo o labaw pa.

bugas. 2. Usa ka tin-aw nga pananglitan sa pagkamaunat-unat nga hysteresis, nga gipakita gamit ang usa ka pabalik nga krus

1 - spider figurine, 2 - pagkamaunat-unat nga banda,

3 - kuptanan, 4 - palad, 5 - hamis nga nawong

Paglabay sa pipila ka panahon, atong namatikdan nga ang figurine kalit nga mogawas sa ibabaw ug, madani sa usa ka heat shrink tape, dali nga mobalik sa atong kamot. Sa kini nga kaso, sama sa miaging eksperimento, adunay usab usa ka hinay nga pagkadunot sa boltahe, i.e., pagkamaunat-unat nga hysteresis. Ang pagkamaunat-unat nga mga pwersa sa gituy-od nga teyp nakabuntog sa mga pwersa sa adhesion sa sumbanan sa ibabaw, nga makapahuyang sa paglabay sa panahon. Ingon nga resulta, ang numero mibalik sa kamot. Ang materyal sa dulaan nga gigamit niini nga eksperimento gitawag sa mga rheologist viscoelastic. Kini nga ngalan gipakamatarung sa kamatuoran nga kini nagpakita sa duha ka sticky nga mga kabtangan - sa diha nga kini motapot sa usa ka hamis nga nawong, ug pagkamaunat-unat nga mga kabtangan - tungod niini kini mobulag gikan niini nga nawong ug mobalik sa iyang orihinal nga kahimtang.

nagpanaog nga tawo

Litrato 1. Ang usa ka pigurin nga nanaog sa usa ka bertikal nga bungbong usa usab ka maayong pananglitan sa pagkamaunat-unat nga hysteresis.

Kini nga eksperimento mogamit usab usa ka dali nga magamit nga dulaan nga hinimo sa viscoelastic nga materyal (litrato 1). Gihimo kini sa dagway sa usa ka tawo o usa ka lawalawa. Gilabay namo kini nga dulaan nga adunay gipakatap nga mga sanga ug gibaliktad sa usa ka patag nga bertikal nga nawong, mas maayo sa usa ka bildo, salamin o muwebles nga bungbong. Ang usa ka gilabay nga butang mitapot niini nga nawong. Paglabay sa pipila ka panahon, ang gidugayon niini nagdepende, taliwala sa uban pang mga butang, sa kabangis sa nawong ug sa katulin sa paglabay, ang tumoy sa dulaan moabut. Nahitabo kini isip resulta sa gihisgutan kaniadto. pagkamaunat-unat nga hysteresis ug ang aksyon sa gibug-aton sa numero, nga mipuli sa pagkamaunat-unat nga pwersa sa bakus, nga anaa sa miaging eksperimento.

Ubos sa impluwensya sa gibug-aton, ang nahimulag nga bahin sa dulaan moyukbo ug mabungkag hangtod nga ang bahin makahikap pag-usab sa bertikal nga nawong. Pagkahuman niini nga paghikap, magsugod ang sunod nga pagpapilit sa numero sa ibabaw. Ingon sa usa ka resulta, ang numero ipapilit pag-usab, apan sa usa ka head-down nga posisyon. Ang mga proseso nga gihulagway sa ubos gisubli, nga ang mga numero nagpulipuli paggisi sa mga bitiis ug dayon ang ulo. Ang epekto mao ang pagkanaog sa numero ubay sa usa ka bertikal nga nawong, nga naghimo sa mga katingad-an nga mga flip.

Plasticine nga likido

bugas. 3. Pagsulay sa dagan sa plasticine

a) inisyal nga kahimtang, b) kataposang kahimtang;

1 - palad, 2 - ibabaw nga bahin sa plasticine,

3 - timailhan, 4 - constriction, 5 - gisi nga piraso sa plasticine

Niini ug pipila ka sunod-sunod nga mga eksperimento, atong gamiton ang plasticine nga anaa sa mga tindahan sa dulaan, nga nailhan nga "magic clay" o "tricolin". Gimasa namo ang usa ka piraso sa plasticine sa porma nga susama sa usa ka dumbbell, mga 4 cm ang gitas-on ug adunay diametro sa mas baga nga mga bahin sulod sa 1-2 cm ug usa ka pig-ot nga diametro nga mga 5 mm (Fig. 3a). Gikuha namo ang paghulma gamit ang among mga tudlo sa ibabaw nga tumoy sa mas baga nga bahin ug gigunitan kini nga walay paglihok o gibitay kini nga patayo sunod sa gibutang nga marker nga nagpakita sa nahimutangan sa ubos nga tumoy sa mas baga nga bahin.

Ang pag-obserbar sa posisyon sa ubos nga tumoy sa plasticine, among namatikdan nga kini hinayhinay nga nag-uswag. Sa kini nga kaso, ang tunga nga bahin sa plasticine gi-compress. Kini nga proseso gitawag nga dagan o creep sa materyal ug naglangkob sa pagdugang sa iyang elongation ubos sa aksyon sa kanunay nga stress. Sa among kaso, kini nga kapit-os tungod sa gibug-aton sa ubos nga bahin sa plasticine dumbbell (Fig. 3b). Gikan sa mikroskopikong punto sa panglantaw kasamtangan kini ang resulta sa usa ka pagbag-o sa istruktura sa materyal nga gipailalom sa mga karga sa igo nga taas nga panahon. Sa usa ka punto, ang kalig-on sa pig-ot nga bahin gamay kaayo nga kini nabuak ubos sa gibug-aton sa ubos nga bahin sa plasticine nga nag-inusara. Ang rate sa pag-agos nagdepende sa daghang mga hinungdan, lakip ang klase sa materyal, ang kantidad ug pamaagi sa pagpadapat niini.

Ang plasticine nga atong gigamit kay sensitibo kaayo sa pag-agos, ug makita nato kini sa hubo nga mata sulod lang sa pipila ka napulo ka segundos. Angayan nga idugang nga ang magic clay na-imbento sa aksidente sa Estados Unidos, sa panahon sa Ikaduhang Gubat sa Kalibutan, sa dihang ang mga pagsulay gihimo aron makahimo og usa ka sintetikong materyal nga angay alang sa paggama og mga ligid alang sa mga sakyanan sa militar. Ingon usa ka sangputanan sa dili kompleto nga polimerisasyon, nakuha ang usa ka materyal diin ang usa ka piho nga gidaghanon sa mga molekula wala mabugkos, ug ang mga bugkos tali sa ubang mga molekula dali nga mabag-o ang ilang posisyon sa ilawom sa impluwensya sa mga eksternal nga hinungdan. Kini nga mga "bounce" nga mga link nakatampo sa talagsaon nga mga kabtangan sa nag-bounce nga yutang kulonon.

saag nga bola

bugas. 4. Gitakda alang sa pagsulay sa plasticine alang sa pagkaylap ug pagpahayahay sa stress:

a) inisyal nga kahimtang, b) kataposang kahimtang; 1 - bola nga puthaw,

2 - transparent nga sudlanan, 3 - plasticine, 4 - base

Karon squeeze ang magic plasticine ngadto sa usa ka gamay nga transparent sudlanan, abli sa ibabaw, sa pagsiguro nga walay hangin bubbles niini (Fig. 4a). Ang gitas-on ug diyametro sa sudlanan kinahanglan nga pipila ka sentimetro. Ibutang ang usa ka bola nga puthaw nga mga 1,5 cm ang diyametro sa tunga sa ibabaw nga nawong sa plasticine.Gibiyaan namon ang sudlanan nga nag-inusara ang bola. Matag pipila ka oras atong obserbahan ang posisyon sa bola. Timan-i nga kini mas lawom ug mas lawom sa plasticine, nga, sa baylo, moadto sa luna sa ibabaw sa nawong sa bola.

Human sa igo nga taas nga panahon, nga nag-agad sa: ang gibug-aton sa bola, ang matang sa plasticine nga gigamit, ang gidak-on sa bola ug sa kalaha, ang ambient temperatura, atong namatikdan nga ang bola moabut sa ubos sa kalaha. Ang luna sa ibabaw sa bola hingpit nga mapuno sa plasticine (Fig. 4b). Kini nga eksperimento nagpakita nga ang materyal nga nagaagay ug paghupay sa tensiyon.

Paglukso sa plasticine

Pagporma og bola sa magic playdough ug ilabay dayon sa gahi nga nawong sama sa salog o bungbong. Namatikdan namo sa katingala nga ang plasticine nag-bounce niini nga mga ibabaw sama sa usa ka bola nga goma. Ang salamangka nga yutang kulonon usa ka lawas nga makapakita sa parehas nga plastik ug pagkamaunat-unat nga mga kabtangan. Nagdepende kini kung unsa kadali ang paglihok sa load niini.

Kung hinayhinay nga gigamit ang mga stress, sama sa kaso sa pagmasa, kini nagpakita sa mga kabtangan sa plastik. Sa laing bahin, uban sa paspas nga paggamit sa pwersa, nga mahitabo sa diha nga ang pagbangga sa usa ka salog o bungbong, plasticine nagpakita pagkamaunat-unat nga mga kabtangan. Ang salamangka nga yutang kulonon mahimong matawag nga usa ka plastic-elastic body.

Tensile nga plasticine

Litrato 2. Ang epekto sa hinay nga pag-inat sa magic clay (ang gitas-on sa gituy-od nga lanot mga 60 cm)

Niining higayona, paghimo og magic plasticine cylinder nga mga 1 cm ang diyametro ug pipila ka sentimetro ang gitas-on. Kuhaa ang duha ka tumoy gamit ang mga tudlo sa imong tuo ug wala nga mga kamot ug ibutang ang roller nga pinahigda. Dayon hinayhinay nga gibuklad ang among mga bukton sa mga kilid sa usa ka tul-id nga linya, sa ingon hinungdan nga ang silindro mag-inat sa direksyon sa axial. Gibati namo nga ang plasticine nagtanyag halos walay pagbatok, ug among namatikdan nga kini hiktin sa tunga.

Ang gitas-on sa silindro sa plasticine mahimong madugangan ngadto sa pipila ka napulo ka sentimetro, hangtud nga ang usa ka nipis nga hilo maporma sa sentro nga bahin niini, nga mabuak sa paglabay sa panahon (photo 2). Kini nga kasinatian nagpakita nga pinaagi sa hinay-hinay nga pagpadapat sa stress sa usa ka plastic-elastic nga lawas, ang usa mahimong hinungdan sa usa ka dako kaayo nga deformation nga dili makaguba niini.

gahi nga plasticine

Giandam namo ang magic plasticine cylinder sa samang paagi sama sa miaging eksperimento ug giputos ang among mga tudlo sa mga tumoy niini sa samang paagi. Sa pagkonsentrar sa among atensyon, among gibuklad ang among mga bukton sa mga kilid sa labing dali nga panahon, nga gusto nga mahait nga i-stretch ang silindro. Kini nahimo nga sa kini nga kaso gibati namon ang usa ka taas nga pagsukol sa plasticine, ug ang silindro, katingad-an, dili gyud molugway, apan mabuak ang katunga sa gitas-on niini, ingon nga giputol sa usa ka kutsilyo (litrato 3). Gipakita usab sa kini nga eksperimento nga ang kinaiya sa deformation sa usa ka plastic-elastic nga lawas nagdepende sa rate sa aplikasyon sa stress.

Ang plasticine huyang sama sa bildo

Litrato 3. Ang resulta sa paspas nga pag-inat sa magic plasticine - imong makita sa daghang mga higayon nga dili kaayo elongation ug usa ka mahait nga ngilit, nga nagpahinumdom sa usa ka liki sa usa ka mahuyang nga materyal.

Kini nga eksperimento nagpakita nga mas tin-aw kon sa unsang paagi ang stress rate makaapekto sa mga kabtangan sa usa ka plastic-elastic nga lawas. Pagporma og bola nga may diyametro nga mga 1,5 cm gikan sa magic clay ug ibutang kini sa solid, dako nga base, sama sa bug-at nga steel plate, anvil, o konkretong salog. Hinay-hinay nga maigo ang bola gamit ang martilyo nga motimbang ug labing menos 0,5 kg (Fig. 5a). Kini nahimo nga sa kini nga sitwasyon ang bola naglihok sama sa usa ka plastik nga lawas ug nag-flatten pagkahuman nahulog ang martilyo niini (Fig. 5b).

Porma pag-usab ang gipatag nga plasticine nga bola ug ibutang kini sa plato sama kaniadto. Pag-usab among gibunalan ang bola gamit ang martilyo, apan niining higayona among gisulayan nga buhaton kini sa labing madali (Fig. 5c). Kini turns nga ang plasticine bola sa niini nga kaso naggawi ingon nga kini gihimo sa usa ka mahuyang nga materyal, sama sa bildo o porselana, ug sa diha nga ang impact kini mabuak ngadto sa mga piraso sa tanan nga mga direksyon (Fig. 5d).

Thermal machine sa pharmaceutical rubber bands

Ang stress sa rheological nga mga materyales mahimong makunhuran pinaagi sa pagpataas sa ilang temperatura. Gamiton namon kini nga epekto sa usa ka makina sa kainit nga adunay usa ka katingad-an nga prinsipyo sa operasyon. Aron ma-assemble kini, kinahanglan nimo: usa ka lata nga garapon nga screw cap, usa ka dosena o labi pa nga mugbo nga goma nga mga banda, usa ka dako nga dagom, usa ka rectangular nga piraso sa manipis nga sheet nga metal, ug usa ka lampara nga adunay init kaayo nga bombilya. Ang disenyo sa motor gipakita sa Fig. 6. Sa pag-assemble niini, guntinga ang tunga nga bahin gikan sa tabon aron makuha ang singsing.

bugas. 5. Pamaagi sa pagpakita sa plasticine ug brittle properties sa plasticine

a) hinay nga pag-igo sa bola b) hinay nga pag-igo

c) usa ka dali nga pag-igo sa bola, d) ang epekto sa usa ka dali nga pag-igo;

1 – plasticine ball, 2 – gahi ug dako nga plato, 3 – martilyo,

v - katulin sa martilyo

Sa tunga niini nga singsing gibutang namon ang usa ka dagum, nga mao ang axis, ug gibutang ang pagkamaunat-unat nga mga banda niini aron sa tunga-tunga sa ilang gitas-on sila mopahulay batok sa singsing ug kusog nga gituy-od. Ang pagkamaunat-unat nga mga banda kinahanglan ibutang nga simetriko sa singsing, sa ingon, usa ka ligid nga adunay mga spokes nga naporma gikan sa pagkamaunat-unat nga mga banda makuha. Iduko ang usa ka piraso sa sheet nga metal ngadto sa usa ka crampon nga porma nga adunay mga bukton nga gituy-od, nga nagtugot kanimo sa pagbutang sa kaniadto gihimo nga lingin tali kanila ug pagtabon sa katunga sa nawong niini. Sa usa ka kilid sa cantilever, sa duha ka bertikal nga mga ngilit niini, naghimo kami og ginunting nga nagtugot kanamo sa pagbutang sa wheel axle niini.

Ibutang ang wheel axle sa ginunting sa suporta. Gituyok namo ang ligid gamit ang among mga tudlo ug gisusi kung balanse ba kini, i.e. mohunong ba kini sa bisan unsang posisyon. Kung dili ingon niini ang kahimtang, balansehon ang ligid pinaagi sa pag-ilis gamay sa lugar diin ang mga goma nga banda nagtagbo sa singsing. Ibutang ang bracket sa lamesa ug idan-ag ang bahin sa lingin nga nagtuybo gikan sa mga arko niini gamit ang init kaayo nga lampara. Kini turns nga human sa usa ka samtang ang ligid magsugod sa tuyok.

Ang hinungdan niini nga paglihok mao ang kanunay nga pagbag-o sa posisyon sa sentro sa masa sa ligid isip resulta sa usa ka epekto nga gitawag og rheologists. pagpahayahay sa thermal stress.

Kini nga pagpahayahay gipasukad sa kamatuoran nga ang usa ka labi nga gibug-atan nga pagkamaunat nga materyal nagkontrata kung gipainit. Sa among makina, kini nga materyal kay mga goma sa kilid sa ligid nga nagtuybo gikan sa bracket bracket ug gipainit sa bombilya. Ingon nga resulta, ang sentro sa masa sa ligid gibalhin ngadto sa kilid nga gitabonan sa suporta nga mga bukton. Ingon usa ka sangputanan sa pagtuyok sa ligid, ang gipainit nga mga bandang goma nahulog sa taliwala sa mga abaga sa suporta ug gipabugnaw, tungod kay didto sila gitago gikan sa bombilya. Ang gipabugnaw nga mga eraser molugway pag-usab. Ang pagkasunod-sunod sa gihulagway nga mga proseso nagsiguro sa padayon nga pagtuyok sa ligid.

Dili lamang talagsaon nga mga eksperimento

bugas. 6. Ang disenyo sa usa ka makina sa kainit nga hinimo sa pharmaceutical rubber bands

a) panglantaw sa kilid

b) seksyon pinaagi sa axial eroplano; 1 - singsing, 2 - dagom, 3 - pharmaceutical eraser,

4 - bracket, 5 - cutout sa bracket, 6 - bombilya

Karon rheolohiya usa ka paspas nga nag-uswag nga natad sa interes sa mga pisiko ug mga espesyalista sa natad sa teknikal nga siyensya. Ang rheological phenomena sa pipila ka mga sitwasyon mahimong adunay dili maayo nga epekto sa palibot diin kini mahitabo ug kinahanglan nga tagdon, pananglitan, sa pagdesinyo sa dagkong mga istruktura nga puthaw nga nag-deform sa paglabay sa panahon. Nagresulta kini sa pagkaylap sa materyal sa ilawom sa paglihok sa mga naglihok nga mga karga ug sa kaugalingon nga gibug-aton.

Ang tukma nga mga sukod sa gibag-on sa mga habol nga tumbaga nga nagtabon sa titip nga mga atop ug mga bulok nga bildo nga mga bintana sa makasaysayanong mga simbahan nagpakita nga kini nga mga elemento mas baga sa ubos kaysa sa ibabaw. Mao ni ang resulta kasamtangantumbaga ug bildo ubos sa ilang kaugalingong gibug-aton sulod sa pipila ka gatos ka tuig. Ang rheological phenomena gigamit usab sa daghang moderno ug ekonomikanhon nga mga teknolohiya sa paggama. Usa ka pananglitan mao ang pag-recycle sa mga plastik. Kadaghanan sa mga produkto nga gihimo gikan sa kini nga mga materyales karon gihimo pinaagi sa extrusion, drawing ug blow molding. Gihimo kini human sa pagpainit sa materyal ug pagpadapat sa presyur niini sa tukmang gipili nga gikusgon. Busa, taliwala sa ubang mga butang, mga foil, mga sungkod, mga tubo, mga lanot, ingon man mga dulaan ug mga bahin sa makina nga adunay komplikado nga mga porma. Ang hinungdanon kaayo nga mga bentaha sa kini nga mga pamaagi mao ang mubu nga gasto ug dili basura.