Ελαστικότητα σε ό, τι συνίσταται, ιδιότητες, παραδείγματα, πειράματα

Το ολκιμότητα είναι μια τεχνολογική ιδιότητα των υλικών που τους επιτρέπει να παραμορφώνονται πριν από μια τάση τεντώματος. δηλαδή, ο διαχωρισμός των δύο άκρων χωρίς να υπάρχει ένα πρώιμο κάταγμα κάπου στη μέση του επιμήκους τμήματος. Καθώς το υλικό παρατείνει, η διατομή του μειώνεται, καθίσταται λεπτότερη.

Ως εκ τούτου, τα όλκιμα υλικά επεξεργάζονται μηχανικά για να τους δώσουν νηματοειδείς μορφές (σύρματα, καλώδια, βελόνες κ.λπ.). Στις ραπτομηχανές, τα πηνία με σπειροειδή σπειρώματα αντιπροσωπεύουν ένα κατ 'οίκον παράδειγμα των όλκιμων υλικών. διαφορετικά, οι υφαντικές ίνες δεν θα μπορούσαν ποτέ να έχουν αποκτήσει τα χαρακτηριστικά τους σχήματα.

Ποιος είναι ο σκοπός της πλαστιμότητας στα υλικά; Η δυνατότητα κάλυψης μεγάλων αποστάσεων ή ελκυστικών σχεδίων, είτε για την ανάπτυξη εργαλείων, κοσμημάτων, παιχνιδιών, ή για τη μεταφορά κάποιου υγρού, όπως είναι το ηλεκτρικό ρεύμα.

Η τελευταία εφαρμογή αποτελεί ένα βασικό παράδειγμα της ολκιμότητας των υλικών, ειδικά εκείνων των μετάλλων. Τα λεπτά σύρματα χαλκού (κορυφαία εικόνα) είναι καλοί αγωγοί ηλεκτρικής ενέργειας και μαζί με χρυσό και λευκόχρυσο διατίθενται σε πολλές ηλεκτρονικές συσκευές για να εξασφαλίσουν τις λειτουργίες τους.

Ορισμένες ίνες είναι τόσο λεπτές (με πάχος μόνο μερικών μικρών), ότι η ποιητική φράση "χρυσή τρίχα" παίρνει όλο το πραγματικό νόημα. Το ίδιο ισχύει και για το χαλκό και το ασήμι.

Η ολκιμότητα δεν θα ήταν μια πιθανή ιδιότητα αν δεν υπήρχε μοριακή ή ατομική αναδιάταξη για να εξουδετερωθεί η προσπίπτουσα εφελκυστική δύναμη. Και αν δεν υπήρχε, ο άνθρωπος δεν θα γνώριζε ποτέ τα καλώδια, τις κεραίες, τις γέφυρες θα εξαφανίζονταν και ο κόσμος θα παρέμενε στο σκοτάδι χωρίς ηλεκτρικό φως (πέρα από άλλες αμέτρητες συνέπειες).

Ευρετήριο

• 1 Ποια είναι η ολκιμότητα;?
• 2 Ιδιότητες
• 3 Παραδείγματα όλκιμων μετάλλων
  • 3.1 Μέγεθος των κόκκων και των κρυσταλλικών δομών των μετάλλων
  • 3.2 Επίδραση της θερμοκρασίας στην ολκιμότητα των μετάλλων
• 4 Πειραματιστείτε για να εξηγήσετε την ολκιμότητα για παιδιά και εφήβους
  • 4.1 Τσίχλα και πλαστελίνη
  • 4.2 Επίδειξη με μέταλλα
• 5 Αναφορές

Ποια είναι η ολκιμότητα?

Σε αντίθεση με την ευκολία, η ολκιμότητα αποδίδει μια πιο αποτελεσματική δομική αναδιάταξη.

Γιατί; Επειδή όταν η επιφάνεια όπου η τάση είναι μεγαλύτερη, το στερεό έχει περισσότερα μέσα για να γλιστρήσει τα μόρια ή τα άτομα, σχηματίζοντας φύλλα ή πλάκες. ενώ όταν η τάση είναι συγκεντρωμένη σε μια όλο και μικρότερη διατομή, η μοριακή ολίσθηση πρέπει να είναι πιο αποτελεσματική για να αντισταθμιστεί αυτή η δύναμη.

Δεν είναι δυνατό όλα τα στερεά ή υλικά να το κάνουν, και για το λόγο αυτό σπάνε όταν υποβάλλονται σε δοκιμές εφελκυσμού. Τα λαμβανόμενα διαλείμματα είναι κατά μέσον όρο οριζόντια, ενώ τα ελαττωματικά υλικά είναι κωνικά ή αιχμηρά, ένα σημάδι τεντώματος.

Τα ελαστικά υλικά μπορούν επίσης να σπάσουν πέρα ​​από ένα σημείο στρες. Αυτό μπορεί να αυξηθεί αν η θερμοκρασία είναι αυξημένη, καθώς η θερμότητα προωθεί και διευκολύνει τις μοριακές διαφάνειες (αν και υπάρχουν αρκετές εξαιρέσεις). Στη συνέχεια, χάρη σε αυτές τις κατολισθήσεις, ένα υλικό μπορεί να παρουσιάσει ολκιμότητα και ως εκ τούτου να είναι όλκιμο.

Ωστόσο, η ολκιμότητα ενός υλικού περιλαμβάνει και άλλες μεταβλητές, όπως η υγρασία, η θερμότητα, οι ακαθαρσίες και ο τρόπος με τον οποίο εφαρμόζεται η δύναμη. Για παράδειγμα, το πρόσφατα συντηγμένο γυαλί είναι όλκιμο, υιοθετώντας νηματοειδείς μορφές. αλλά όταν κρυώσει, γίνεται εύθραυστη και μπορεί να σπάσει με οποιαδήποτε μηχανική πρόσκρουση.

Ιδιότητες

Τα όλκιμα υλικά έχουν τις δικές τους ιδιότητες που σχετίζονται άμεσα με τις μοριακές τους ρυθμίσεις. Με αυτή την έννοια, μια άκαμπτη μεταλλική ράβδος και μια υγρή ράβδος αργίλου μπορεί να είναι όλκιμες, παρόλο που οι ιδιότητές τους διαφέρουν πάρα πολύ.

Ωστόσο, όλοι έχουν κάτι κοινό: μια πλαστική συμπεριφορά πριν από τη διάσπαση. Ποια είναι η διαφορά μεταξύ ενός πλαστικού και ενός ελαστικού αντικειμένου?

Το ελαστικό αντικείμενο παραμορφώνεται αναστρέψιμα, το οποίο συμβαίνει αρχικά με όλκιμα υλικά. αλλά η δύναμη εφελκυσμού αυξάνεται, η παραμόρφωση καθίσταται μη αναστρέψιμη και το αντικείμενο γίνεται πλαστικό.

Από αυτό το σημείο το σύρμα ή το νήμα παίρνει ένα ορισμένο σχήμα. Μετά από ένα συνεχές τέντωμα, η διατομή του γίνεται τόσο μικρή και η τάση εφελκυσμού είναι πολύ υψηλή, ώστε οι μοριακές του πλάκες να μην μπορούν πλέον να εξουδετερώσουν την τάση και να καταλήξουν σε θραύση.

Εάν η ολκιμότητα του υλικού είναι εξαιρετικά υψηλή, όπως στην περίπτωση του χρυσού, με ένα γραμμάριο μπορούν να ληφθούν σύρματα μήκους έως και 66 χλμ., Με πάχος 1 μm.

Όσο πιο εκτεταμένο είναι το σύρμα που λαμβάνεται από μια μάζα, τόσο μικρότερη είναι η διατομή του (εκτός αν έχετε τόνους χρυσού για να φτιάξετε ένα σύρμα μεγάλου πάχους).

Παραδείγματα όλκιμων μετάλλων

Τα μέταλλα είναι μεταξύ των όλκιμων υλικών με αναρίθμητες εφαρμογές. Η τριάδα αποτελείται από μέταλλα: χρυσό, χαλκό και πλατίνα. Το ένα είναι χρυσό, το άλλο ροζ πορτοκαλί και το τελευταίο ασήμι. Εκτός από αυτά τα μέταλλα, υπάρχουν άλλα με χαμηλότερη ολκιμότητα:

-Σίδερο

-Ψευδάργυρος

-Ορείχαλκος (και άλλα κράματα μετάλλων)

-Χρυσό

-Αλουμίνιο

-Σαμαρίου

-Μαγνήσιο

-Βαναδίου

-Χάλυβας (αν και η ολκιμότητα μπορεί να επηρεαστεί ανάλογα με τη σύνθεση του άνθρακα και άλλα πρόσθετα)

-Το ασήμι

-Κασσίτερος

-Μόλυβδος (αλλά σε ορισμένες μικρές κλίμακες θερμοκρασίας)

Είναι δύσκολο να διαβεβαιώσω, χωρίς προηγούμενη πειραματική γνώση, ποια μέταλλα είναι πραγματικά όλκιμα. Η ολκιμότητα του εξαρτάται από το βαθμό καθαρότητας και από το πώς τα πρόσθετα αλληλεπιδρούν με το μεταλλικό γυαλί.

Άλλες μεταβλητές, όπως το μέγεθος των κρυσταλλικών κόκκων και η διάταξη του κρυστάλλου, εξετάζονται επίσης. Επιπλέον, ο αριθμός των ηλεκτρονίων και των μοριακών τροχιακών που εμπλέκονται στον μεταλλικό δεσμό, δηλαδή στη «θάλασσα των ηλεκτρονίων», παίζει επίσης σημαντικό ρόλο.

Οι αλληλεπιδράσεις μεταξύ όλων αυτών των μικροσκοπικών και ηλεκτρονικών μεταβλητών καθιστούν την ολκιμότητα μια έννοια που πρέπει να αντιμετωπιστεί βαθιά με μια πολυμεταβλητή ανάλυση. και θα βρείτε την απουσία ενός τυπικού κανόνα για όλα τα μέταλλα.

Για το λόγο αυτό, δύο μέταλλα, αν και με πολύ παρόμοια χαρακτηριστικά, μπορούν ή όχι να είναι όλκιμα.

Μέγεθος των κόκκων και των κρυσταλλικών δομών των μετάλλων

Οι κόκκοι είναι τμήματα κρυστάλλων που στερούνται αξιοσημείωτες ανωμαλίες (κενά) στις τρισδιάστατες συστοιχίες τους. Στην ιδανική περίπτωση, θα πρέπει να είναι εντελώς συμμετρικές, με τη δομή τους πολύ καλά καθορισμένη.

Κάθε κόκκος για το ίδιο μέταλλο έχει την ίδια κρυσταλλική δομή. δηλαδή, ένα μέταλλο με μια συμπαγή εξαγωνική δομή, hcp, έχει κόκκους με κρυστάλλους με σύστημα hcp. Αυτά είναι διευθετημένα κατά τέτοιο τρόπο ώστε πριν τη δύναμη έλξης ή τέντωσης να γλιστρήσουν το ένα πάνω στο άλλο, σαν να ήταν αεροπλάνα που αποτελούνται από μάρμαρα..

Γενικά, όταν τα αεροπλάνα που αποτελούνται από μικρούς κόκκους ολισθαίνουν, πρέπει να ξεπεράσουν μια μεγαλύτερη δύναμη τριβής. ενώ αν είναι μεγάλα, μπορούν να κινούνται πιο ελεύθερα. Στην πραγματικότητα, ορισμένοι ερευνητές επιδιώκουν να τροποποιήσουν την ολκιμότητα ορισμένων κραμάτων μέσω της ελεγχόμενης ανάπτυξης των κρυσταλλικών τους κόκκων..

Από την άλλη πλευρά, σε σχέση με την κρυσταλλική δομή, συνήθως τα μέταλλα με ένα κρυσταλλικό σύστημα fcc (επικεντρώνεται σε κυβισμό, ή κυβικά κεντραρισμένα στα πρόσωπα) είναι τα πιο εύπλαστα. Εν τω μεταξύ, τα μέταλλα με κρυσταλλικές δομές bcc (κυβικό κεντρικό σώμα, κυβικά κεντραρισμένα στα πρόσωπα) ή hcp, τείνουν να είναι λιγότερο όλκιμα.

Για παράδειγμα, τόσο ο χαλκός όσο και ο σίδηρος κρυσταλλώνονται με διάταξη fcc και είναι πιο όλως ευλύγιστοι από τον ψευδάργυρο και το κοβάλτιο, και οι δύο με διατάξεις hcp.

Επίδραση της θερμοκρασίας στην ολκιμότητα των μετάλλων

Η θερμότητα μπορεί να μειώσει ή να αυξήσει την ολκιμότητα των υλικών, και οι εξαιρέσεις ισχύουν επίσης για τα μέταλλα. Ωστόσο, κατά γενικό κανόνα, όσο μαλακώνουν τα μέταλλα, τόσο μεγαλύτερη είναι η δυνατότητα να μετατραπούν σε σπειρώματα χωρίς να τα σπάσουν.

Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι η αύξηση της θερμοκρασίας προκαλεί τη δόνηση των μεταλλικών ατόμων, γεγονός που έχει ως αποτέλεσμα την ενοποίηση των κόκκων. δηλαδή, αρκετές μικρές κόκκοι ενώνονται για να σχηματίσουν έναν μεγάλο κόκκο.

Με μεγαλύτερους κόκκους, η ολκιμότητα αυξάνεται και οι μοριακές διαφάνειες αντιμετωπίζουν λιγότερα φυσικά εμπόδια.

Πειραματιστείτε για να εξηγήσετε την ολκιμότητα για παιδιά και εφήβους

Η ολκιμότητα γίνεται μια εξαιρετικά πολύπλοκη ιδέα αν αρχίσει να αναλύεται μικροσκοπικά. Πώς εξηγείτε αυτό σε παιδιά και εφήβους; Με τέτοιο τρόπο ώστε να φαίνεται όσο το δυνατόν πιο απλή πριν τα περίεργα μάτια σας.

Τσίχλα και πλαστελίνη

Μέχρι τώρα έχουμε μιλήσει για μέταλλα και τηγμένο γυαλί, αλλά υπάρχουν και άλλα απίστευτα εύπλαστα υλικά: τσίχλες και πλαστελίνη.

Για να αποδειχθεί η ολκιμότητα της τσίχλας αρκεί να αρπάξετε δύο μάζες και να αρχίσετε να τις τεντώσετε. ένα στα αριστερά και το άλλο στα δεξιά. Το αποτέλεσμα θα είναι η γέφυρα ανάρτησης τσίχλας, η οποία δεν θα μπορέσει να επιστρέψει στο αρχικό της σχήμα εκτός εάν ζυμώνει με τα χέρια.

Ωστόσο, θα έρθει ένα σημείο όπου η γέφυρα τελικά θα σπάσει (και το πάτωμα θα λεκιάζεται με τσίχλα).

Στην παραπάνω εικόνα δείχνει πώς ένα παιδί που πιέζει ένα δοχείο με τρύπες κάνει την πλαστελίνη να εμφανίζεται σαν να ήταν τρίχα. Η ζύμη ξηρού παιχνιδιού είναι λιγότερο όλκιμη από λιπαρή. Επομένως, ένα πείραμα θα μπορούσε απλώς να συνίσταται στη δημιουργία δύο γαιοσκώληκες: το ένα με την ξηρή πλαστελίνη και το άλλο να υγραίνεται με λάδι.

Το παιδί θα παρατηρήσει ότι το λιπαρό σκουλήκι είναι ευκολότερο να καλουπωθεί και να κερδίσει το μήκος σε βάρος του πάχους του. Ενώ το σκουλήκι στεγνώνει, είναι πιθανό να καταλήξει να σπάσει αρκετές φορές.

Η πλαστιλίνη αντιπροσωπεύει επίσης ένα ιδανικό υλικό για να εξηγήσει τη διαφορά μεταξύ ελατότητας (βάρκα, πύλη) και ολκιμότητας (μαλλιά, γαιοσκώληκες, φίδια, σαλαμάνδρα κ.λπ.).

Επίδειξη με μέταλλα

Παρόλο που οι έφηβοι δεν θα χειραγωγούν τίποτα, το να είναι κανείς μάρτυρας του σχηματισμού συρμάτων χαλκού στην πρώτη σειρά μπορεί να είναι μια ελκυστική και ενδιαφέρουσα εμπειρία γι 'αυτούς. Η επίδειξη της ολκιμότητας θα ήταν ακόμη πιο πλήρης αν προχωρούμε με άλλα μέταλλα και έτσι μπορούμε να συγκρίνουμε την ολκιμότητα τους.

Στη συνέχεια, όλα τα καλώδια πρέπει να υποβάλλονται σε συνεχή τέντωμα στο σημείο θραύσης τους. Με αυτό, ο έφηβος θα βεβαιώσει οπτικά πώς η ολκιμότητα επηρεάζει την αντίσταση του σύρματος για να σπάσει.

Αναφορές

1. Εγκυκλοπαίδεια των Παραδειγμάτων (2017). Πλαστικά υλικά. Ανακτήθηκε από: ejemplos.co
2. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (22 Ιουνίου 2018). Ορισμός και Παραδείγματα όπλων. Ανακτήθηκε από: thoughtco.com
3. Chemstorm. (2 Μαρτίου 2018). Ουσιαστική χημική οριοθέτηση. Ανακτήθηκε από: chemstorm.com
4. Bell Τ. (18 Αυγούστου 2018). Ελαστικότητα εξήγησε: Τάση εφελκυσμού και μέταλλα. Η ισορροπία. Ανακτήθηκε από: thebalance.com
5. Δρ Marks R. (2016). Ολκιμότητα στα Μέταλλα Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών, Πανεπιστήμιο της Santa Clara. [PDF] Ανακτήθηκε από: scu.edu
6. Reid D. (2018). Ολκιμότητα: Ορισμός & Παραδείγματα. Μελέτη. Ανακτήθηκε από: study.com
7. Clark J. (Οκτώβριος 2012). Μεταλλικές κατασκευές. Ανακτήθηκε από: chemguide.co.uk
8. Chemicole (2018). Γεγονότα για τον χρυσό. Ανακτήθηκε από: chemicool.com
9. Υλικά σήμερα. (18 Νοεμβρίου 2015). Τα ισχυρά μέταλλα μπορούν ακόμα να είναι όλκιμα. Elsevier Ανακτήθηκε από: materialstoday.com