Чому скло б’ється що таке «крихкий»

Крихкий - це такий матеріал, який не вміє викривлятися, не вміє змінювати свою форму. Або він тримає ту форму, яка у нього завжди була, або - при занадто сильному впливі - ламається на шматочки. На противагу цьому, пластичний матеріал - це такий матеріал, який під дією сил гнеться, деформується, але не розвалюється на шматочки.

Механічні властивості тіл визначаються тим, як пов'язані молекули тіла один з одним. Яким буде тіло - крихким або пластичним, - залежить від того, наскільки легко молекули зв'язуються, якщо їх просто наблизити один до одного, а не намагатися «правильно приладнати». А це, в свою чергу, залежить від того, наскільки складна структура у речовини.

Наприклад, метали мають дуже просту структуру. І зовсім не важливо, як ви піднесли два мікроскопічних шматочка металу один до одного: якщо між ними є зіткнення, то тут же виникнуть зв'язують їх сили. Це означає, що якщо ви згинатися металевий стрижень і в якийсь момент десь всередині металу виникне мікротріщини, то після зсуву металу молекули знову зчепляться один з одним, і тріщинка затягнеться. Тому-то метал так легко деформується: постійно виникають в ньому при зміні форми мікротріщини і інші дефекти тут же затягуються.

Скло ж мають дуже складну будову. Вони складаються з комплексів різних молекул, які в нормальному стані дуже міцно пов'язані один з одним. Саме тому скло тверде (не м'який).

Однак якщо два таких комплекси роз'єднати, а потім піднести знову один до одного, то їм далеко не все одно, «яким боком» наближатися, щоб зв'язатися міцнішим зв'язком. Якщо при вигині скла виникла мікротріщини, то після зсуву краю тріщини намагаються замкнутися, але при цьому комплекси молекул зближуються неправильним чином, і ніякої міцного зв'язку не утворюється. Змикання тріщини не відбувається, але навантаження-то зовнішня залишається, і через неї тріщина катастрофічно розширюється і моментально стає великою. Через це все тіло ламається на шматки.

Якщо тонкий скляний стакан впаде на підлогу, то він майже напевно розіб'ється. Справа в тому, що в момент удару в точці дотику з підлогою виникають дуже сильні напруги. Якщо за ті мікросекунди, поки триває контакт, вони встигнуть створити мікротріщини і ще «продавити» її, то скло як мінімум трісне.

Я за освітою - металознавець, і не можу погодитися, що метали легко деформуються тому, що в них "тріщинки утворюються і тут же затягуються". Не будемо тут заглиблюватися в питання теорії руйнування - які тріщини поширюються мимовільно, які - ні. Метали пластичні тому, що у них такий тип зв'язку - металева, ненаправленная. Кристали з іонним типом зв'язку дуже тендітні.

До речі, скажіть, а в полімерних матеріалах типу пластмаси, там м'якість теж забезпечується рухливістю дефектів?

> До речі, скажіть, а в полімерних матеріалах типу пластмаси, там м'якість теж забезпечується рухливістю дефектів?

В деякому розумінні. Але не в тому, який вкладають кристалографи. У полімерів є властивість так званої вязкотекучесті. Під напругою полімерні ланцюги змінюють положення - релаксує. Однак просто так в розплаві (пластмасі) вони це зробити не можуть, так як їм заважають сусіди. Якщо час дії перевищує час релаксації, полімер тече. Інакше він проявляє пружні властивості.

Чому ця пружність така розтяжна (вибачте за непрофесійну формулювання. Я маю на увазі, чому у полімерів як правило малий модуль Юнга. Ось гума, наприклад: там про плинність мови немає, а вона все одно м'яка)? Справа в тому, що пружність полімерного ланцюга не обумовлений, як правило, "жорстким" тяжінням. Ну наприклад: два атома в молекулі, скажімо, кисню знаходяться на деякій відстані один від одного, відповідному мінімуму енергії. Зсув різко підвищує енергію, а отже, його ймовірність, пропорційна eps (-E / kT), незначна.

У полімерного ланцюга не так. Як правило, ланцюги все одно, на якій відстані в розумних межах знаходяться її кінці. Проте найімовірніше, що відстань між кінцями одно sqrt (N) * a, де N - число ланок, a - розмір ланки.

Уявіть собі розплутати клубок ниток. Просто навмання штовхайте клубок по підлозі в різних напрямках. З одного боку, те, що вийде, буде неймовірно більше товщина нитки, а з іншого боку, це буде набагато менше довжини витягнутої нитки.

Чому середня відстань саме таке? Тому що кожному умові "кінці далеко" відповідає мало станів (траєкторій), а умові "кінці на вказаній відстані" - багато. Іншими словами, енергія не грає тут ролі, але ось так звана конформационная ентропія - грає.

Зрозуміло, при зміщенні решт від рівноважного відстані кількість відповідних траєкторій впаде не так вже сильно, тому коефіцієнт пружності для полімерного ланцюга малий.

Жах! Ні, Жах, жах, Жах. )
Особливо міркування про "складних і простих матеріалах" розчулили. Гума, значить, "простіше" алмазу.
Крихке скло - а то, що воно тече навіть при нормальній температурі - до уваги не беремо?
Резюме - статтю переписувати заново! І порівнювати аморфні, моно- і полікристалічні матеріали, а також матеріали з різним типом зв'язку з баальшой обережністю.

'' Звідки інформація, що скло тече при кімнатній температурі? ''
Ви мене лякаєте. а може жарт?
Напевно клас 7-й - фізика, "агрегатні стани речовини", якщо не помиляюся.

Гм. Взяти слабкий аргумент, спробувати спростувати, поширити спростування на всю концепцію. Класика :).

Всі аморфні речовини течуть, на відміну від кристалів. Не згодні - назвіть температуру, до якої «не тече" а після - "тече". І врахуйте, що фазових переходів ви там не знайдете :).

Вибачте, що влажу в вашу перепалку, але скло дійсно тече при звичайній температуре.Другое справа що для того щоб це помітити потрібно щоб воно простояло в вертикальному положенні хоча б років 10.
Якщо прийти в яке-небудь будівлю часів СРСР (якщо там, звичайно, не робили євроремонт) і зняти з рами скло, і подивитися на нього вздовж, то буде видно що вгорі воно помітно тонше ніж внизу, і виходить щось на зразок равнобокой трапеції. Перевірено!

Телескопи рефрактори почали робити кілька століть назад. Для них використовуються товстелезні лінзи, надзвичайно ретельно відшліфовані так, щоб світло фокусувався якомога сильніше. Якби за ці століття скло "потекло" хоч на мікрони (!), Зараз легко спостерігалася б расфокусировка оптики. Расфоркусірові немає. Скло не тече при кімнатних температурах. В'язкість скла при кімнатній температурі сотавляет близько 10 в 20 ступені (!) Пуаз. Це означає, що за весь час існування всесвіту скло скло б (пардон за каламбур) на мікроскопічні відстані. Ні про яке розумному протягом не може бути і мова. Багато метали (свинець, наприклад) течуть при кімнатній температурі в мільярди разів легше, ніж скло.

Ви б ще ртуть в якості поточного металу привели. Скло не має наявністю кристалічної решеткі.Соответственно воно должжно текти, текти, і ще раз текти. Щодо телескопів-рефракторів я можу сказати-по-перше: на тій орбіті куди запускають телескопи (і Рефрактори, і рефлектори ще іноді), а вона рідко є навколоземній, зазвичай навколомісячному (в сенсі орбіта), сила тяжіння незначна, так що немає сили, яка змушує скло течь.Во друге-(ось тут ви зі мною не посперечаєшся.) в космосі температура аж ніяк не комнатная.І, в третіх-невже ви думаєте, що в телескопах, що стоять мільйони (це звичайно дешевка-зазвичай ціна гарного телескопа починається від півтора мільярдів), будуть застосовувати звичайне скло. Щоб воно потекло, і все укокошенние в проект гроші пішли на смарку. Івот вам ще приклад-знайдіть якесь старе-старе скло, і подивіться на енго вдоль- ви переконаєтеся в своїй ошібке.А щодо посилання. Ви вже мене вибачте що я такий "Фома неверущій", але я їй не доверяю.Я просто теж можу взяти і написати що, наприклад, не машина їде по землі, а земля під нею сама прокручівается.Согласітесь, це ж повний бред.Хотя в чомусь я з вами согласен.Напрімер в тому що свинець дійсно тече навіть при 0 градусів за Цельсієм.

До речі телескопи минулих століть дійсно розфокусувати. (Природно я говорю про наземних, тоді в космос нічого не пускали)

Лажа по посиланню. Какойто геній верстки від Артемія Татьяновіча виливає на нас нестравний шізофазія. Та й чого хотіти від людини, нездатного писати зліва направо ..
вибачте вже

Як неук, вимагаю окремої статті про плинність скла!
І хоча сам бачив потовщення в нижній частині вітражного скла, починаю сумніватися що ж це було? Може бути це просто такий прокат скла? Всі скла вітража порівняти можливості не було. Вітраж початку 18-го століття.

Якось на початку 20-х років фізик Роберт Джон Релей, син нобелівського лауреата з фізики Джона Вільяма Релея, почув, що скляні трубки і палички, які хіміки використовують в лабораторіях, не можна зберігати у вертикальному положенні. Співрозмовник Релея посилався на книгу нобелівського лауреата з хімії Вільгельма Оствальда 'Фізико-хімічні дослідження'. У цій книзі Оствальд рекомендує зберігати скляні трубки в горизонтальному положенні на опорі, тому що в противному випадку вони будуть деформуватися під дією власної ваги. Релею це здалося дивним, і ось чому.

Скло - це переохолоджена рідина, і воно повинно текти під навантаженням, як течуть смоли. Однак з помітною швидкістю скло починає текти тільки при нагріванні, тому що при кімнатній температурі його в'язкість в 1020 разів перевищує в'язкість гліцерину і в 1013 разів - в'язкість смоли. Тобто скло при кімнатній температурі є фактично твердим тілом. Якщо, виходячи з в'язкості скла при кімнатній температурі, обчислити можливу його деформацію при максимальному навантаженні, яку витримує скло, то вийде, що за рік деформація не перевищить 0,001%. Припустимо, середньовічному вітражу 1000 років, тоді його деформація складе набагато менше 1% (навантаження на нього далека від максимальної). На око такі нікчемні деформації, звичайно, помітити неможливо.

Але у всіх цих експериментах навантаження була порівнянна з граничною і в десятки разів перевищувала вагу самої трубки. Перерахунок до навантажень, рівним власній вазі, показав, що скляна трубка при зберіганні не деформується під дією власної ваги. Чому ж тоді існувала протилежна думка? Спенсер дає на цей рахунок досить правдоподібне пояснення. До того як в самому початку 20-х років з'явився машинний спосіб витягування скляних трубок, цю роботу робили вручну. Але і самий вправний склодув не міг отримати ідеально пряму трубку завдовжки до 1 м і більше. Зберігали скляні трубки в лабораторії вертикально в спеціальних стійках. Хіміки прагнули вибирати для себе трубки поровнее, і таким чином відбувалася природна вибракування вигнутих трубок. Крім того, залишилися трубки в результаті вібрацій і випадкових струсів (особливо при висмикуванні трубки з пачки) прагнули влаштуватися зручніше, так що їх прогин звертався в одну сторону. Такий стан трубок можна прийняти за результат перебігу скла під дією тяжкості. Так і пішов гуляти по світу (і навіть увійшов до деяких підручники) міф про самоізгібаніі трубок.

Пізніші експерименти показали, що деформація, отримана Релєєм і Спенсером, не є результатом в'язкої течії скла! Її причина - повільна дифузія катіонів Na +. Після зняття навантаження ці катіони повертаються до вихідного положення, і через деякий час виріб приймає колишню форму.

Тепер про середньовічних вітражах. В цьому випадку причина нерівномірної товщини скла ще цікавіше. Вона пов'язана зі старовинною технологією виготовлення шибок. Майстерний склодув набирав на кінець трубки великий, кілограма на чотири, шматок м'якого скла, видуває з нього міхур, який потім сплющував. Виходив досить однорідний для ручної роботи диск діаметром метра півтора, проте його краю були товщі середини. З цього диска і нарізали вузькі скла для вітражів. З одного боку (там, де був край диска) вони були трохи товщі, і при установці такого шматка в віконне плетіння - людині це здається природніше, стійкіше - його розміщували товстої частиною вниз. Через століття, коли стародавня технологія виготовлення віконного скла була давно забута, з'явився міф про те, що потовщення внизу скла - результат його набрякання вниз.

Чітко і по суті, спасибі.