|
Почему бьётся стекло
Почему стекло бьется? Что такое «хрупкий»?
Хрупкий — это такой материал, который не умеет искривляться, не умеет изменять свою форму. Либо он держит ту форму, которая у него всегда была, либо — при слишком сильном воздействии — ломается на кусочки. В противоположность этому, пластичный материал — это такой материал, который под действием сил гнется, деформируется, но не разваливается на кусочки.
Механические свойства тел определяются тем, как связаны молекулы тела друг с другом. Каким будет тело — хрупким или пластичным, — зависит от того, насколько легко молекулы связываются, если их просто приблизить друг к другу, а не пытаться «правильно приладить». А это, в свою очередь, зависит от того, насколько сложная структура у вещества.
Например, металлы имеют очень простую структуру. И совершенно не важно, как вы поднесли два микроскопических кусочка металла друг к другу: если между ними есть соприкосновение, то тут же возникнут связывающие их силы. Это значит, что если вы изгибаете металлический стержень и в какой-то момент где-то внутри металла возникнет микротрещинка, то после сдвига металла молекулы снова сцепятся друг с другом, и трещинка затянется. Поэтому-то металл так легко деформируется: постоянно возникающие в нем при изменении формы микротрещинки и другие дефекты тут же затягиваются.
Стёкла же имеют очень сложное строение. Они состоят из комплексов разных молекул, которые в нормальном состоянии очень прочно связаны друг с другом. Именно поэтому стекло твердое (не мягкое).
Однако если два таких комплекса разъединить, а потом поднести вновь друг к другу, то им далеко не всё равно, «каким боком» приближаться, чтоб связаться прочной связью. Если при изгибе стекла возникла микротрещинка, то после сдвига края трещинки пытаются сомкнуться, но при этом комплексы молекул сближаются неправильным образом, и никакой прочной связи не образуется. Смыкания трещины не происходит, но нагрузка-то внешняя остается, и из-за нее трещина катастрофически расширяется и моментально становится большой. Из-за этого все тело ломается на куски.
Если тонкий стеклянный стакан упадет на пол, то он почти наверняка разобьется. Дело в том, что в момент удара в точке касания с полом возникают очень сильные напряжения. Если за те микросекунды, пока длится контакт, они успеют создать микротрещинку и еще «продавить» ее, то стекло как минимум треснет. | |