Почему кусок скотча оторвать легче, если сделать на нем насечку?

4 Окт
2012

1. Когда на материале есть трещина, любое напряжение концентрируется вокруг нее. То же самое касается и скотча с насечкой. Чем больше трещина, тем сильнее давление, концентрирующееся на ее концах. Следовательно, даже под маленькой нагрузкой трещина может увеличиться. Если по краям трещины в металле или пластике просверлить отверстия, это остановит ее расхождение, потому что конец трещины притупляется и не расползается дальше.

2. Представьте себе давление внутри тела в виде линий напряжения: эти линии должны огибать любую трещину, с которой они встречаются. Чем глубже и длиннее трещина, тем больше линий огибает ее края, так что напряжение концентрируется именно там. В твердых материалах концентрированное давление ведет к росту трещины. И наоборот, гибкие материалы деформируют трещины, притупляют их, распределяя давление и останавливая их рост.
Современный скотч, описанный автором, сделан из полимеров, длинные молекулы которых в растянутом состоянии не сильно изменяются. Производители растягивают ленту таким образом, чтобы молекулы располагались близко друг к другу и в одном направлении — вдоль ленты. Лента, где молекулы расположены как попало, плохо держит форму, легко деформируется и растягивается, но не отрывается. Лента с «правильно» расположенными молекулами прочна до тех пор, пока не будет поцарапана. В поцарапанной ленте молекулы сопротивляются искривлению, и трещина на ней увеличивается, как в стеклянном стакане, только более медленно.

3. Этот пример — демонстрация концентрации напряжения. Царапина уменьшает поверхность, способную к сцеплению, позволяя силе действовать в точке разрыва. Кстати, кусочек ленты с отверстием от дырокола разорвать сложнее, чем такой же кусок, но с легкой царапиной вдоль кромки — круглое отверстие распределяет силу равномерно.
Концентрация давления обязательно должна учитываться инженерами в ходе создания своих проектов. Многие с трудом усваивают это. Девятнадцать грузовых кораблей, построенных в США и призванных поддержать Великобританию во время Второй мировой войны, треснули пополам — расколы расходились от прямых углов люков. В конструкции корабля Victory — преемника кораблей тех лет — были предусмотрены уже круглые иллюминаторы и круглые люки. Самолетам De Havilland Comet также приходилось сталкиваться с несчастными случаями, связанными с концентрацией напряжения. В 1954 г. один из них треснул и развалился на части по пути в Каир. Причиной стала трещина вокруг заклепок в углах квадратных окон. Поэтому все современные самолеты имеют круглые или закругленные иллюминаторы.


 

Комментарии:

наверх