Многие люди даже не подозревают, что вокруг нас есть множество предметов и вещиц, обладающих удивительными
свойствами. В этой статье мы обсудим твердость некоторых материалов и интересные результаты, которые получены на основе этих свойств.
В 1994 году недалеко от Лос-Анджелеса произошло сильное землетрясение, в результате которого погибли 57 человек и более 5000 получили ранения. Материальный ущерб достиг невероятных 20 миллиардов долларов. Такие землетрясения заставляют нас задуматься. Насколько прочна почва под нашими ногами? Что вообще означает понятие твердости?
Каменноугольная смола кажется твердой, но это не так. На самом деле, это очень вязкая жидкость, т.е. она жидкая. Вязкость - это показатель сопротивления растеканию. Оливковое масло примерно в 100 раз более вязкое, чем вода, а мед в 100 раз более вязкий, чем масло. Вязкость смолы превышает вязкость воды в 230 миллиардов раз. Самый продолжительный в мире эксперимент проводится над Пеком в Кливлендском университете. В 1927 году смолу поместили в воронку. За 90 лет из нее упало всего 9 капель. Никто не присутствовал при падении капли. В 1988 году Джон Мейнстон, руководитель эксперимента, был близок к тому, чтобы увидеть, как падает капля. Он вышел из комнаты, чтобы налить себе чашку чая, и пропустил заветный момент. Вы можете наблюдать за этим экспериментом онлайн, но поскольку последняя капля упала в 2014 году, маловероятно, что вы сможете увидеть желанную каплю в ближайшие годы.
Другим веществом, представляющим собой вязкую жидкость, является стекло. Стекло необычно тем, что представляет собой аморфное тело. Молекулы диоксида кремния не образуют упорядоченной структуры. Стекло охлаждается так быстро, что при переходе из жидкого в "твердое" состояние молекулы не успевают перестроиться в упорядоченную кристаллическую структуру. Визуально стекло состоит из атомов или молекул, которые химически связаны друг с другом настолько прочно, что не могут скользить рядом с другими.
Однако отсутствие упорядоченной кристаллической структуры по-прежнему делает стекло жидким, даже если оно визуально находится в твердом состоянии. Именно потому, что стекло на самом деле жидкое, стекла в оконных рамах старых домов, где окна стоят уже несколько десятилетий, ясно показывают, что вверху они тоньше, чем внизу. Это связано с тем, что часть стекол с годами сползает вниз. Поэтому в таких домах окна дребезжат в своих рамах, потому что вверху они уже тоньше, чем подготовленная для них щель. Иногда этот эффект настолько заметен, что сверху даже образуется щель.
Давайте продолжим. Что мы знаем о недрах Земли? Под земной корой находится мантия, которая отвечает за движение тектонических плит и землетрясения. Это твердое вещество или жидкость? Мы никогда не сможем увидеть мантию непосредственно, но мы можем наблюдать лаву, которая представляет собой раскаленную скалу. Можно себе представить, что мантия очень похожа на нее. Мантия должна быть жидкой, потому что она должна течь, верно? На самом деле, нет, потому что мантия - это твердое тело. Волны, вызывающие землетрясение, могут распространяться по мантии, но эти волны не могут проходить через жидкости, что подтверждает ее твердость. Как течет твердый камень? Ответ кроется в несовершенстве кристаллов, в которых может не хватать нескольких атомов. Вязкость мантии подобна вязкости стекла, только на несколько порядков выше. Мантия становится похожей на жидкость, но только в геологические периоды времени. Смола - это жидкость, которая может течь так медленно, что кажется твердой. А мантия земли - это твердое тело, которое ведет себя как жидкость, если подождать достаточно долго.
Твердость и пластичность не имеют абсолютного значения, а только относительного. На самом деле все тела являются как жидкими, так и твердыми. Когда речь идет о большой массе и мощности, разница не имеет значения. Жесткие определения, которые мы создаем для себя, приводят к неправильным представлениям и распространению слухов.