Гриффитсовы трещины

Разумеется, разорванные цепочки ужене смогут, как прежде, нести нагрузку, передавая ее от атома к атому. Теперьэту работу должны взять на себя оставшиеся цепочки. И сила как бы обходиттрещину по самому ее краю. Таким образом, почти вся нагрузка, которую неслиразрезанные атомные цепочки, падает теперь на единственную атомную связьу самого кончика трещины (рис. 18, г). Ясно, что при подобных обстоятельствахперегруженная связь порвется раньше всех других. Когда же такое перегруженноезвено лопнет, положение не изменится к лучшему. Напротив, оно ухудшится,так как на долю соседнего звена добавится не только нагрузка перерезанныхс самого начала цепочек (при создании трещин), но еще и та доля нагрузки,которая приходилась на только что лопнувшую цепочку. Таким образом, трещинав кристалле оказывается инструментом, с помощью которого приложенная извнеслабая сила рвет поочередно одну за другой прочнейшие межатомные связи.Так трещина и бежит по материалу, пока не разрушит его до конца.

kaneohe_fish_pond_hawaii

Инглис вычислил коэффициенты концентрации напряжений, показывающие,во сколько раз местное напряжение больше среднего не только для прямоугольныхвырезов, но и для вырезов другой формы, например круглых и цилиндрическихотверстий. Сильно вытянутое эллиптическое отверстие можно считать трещиной.Для эллиптической трещины коэффициент концентрации напряжений будет выражатьсяформулой1+2x(L/R)где L есть полудлина трещины, a R — радиус кривизны еекончика. Оказалось, что эта формула справедлива не только для эллипса:у всякого острого надреза коэффициент концентрации напряжений имеет почтитакую же величину. Кстати сказать, у круглого отверстия местное напряжениевтрое превышает среднее. Рассмотрим трещину длиной, скажем, 2 мкм с радиусомкривизны ее кончика 1 А. Такая трещина слишком мала, чтобы ее удалось увидетьс помощью оптического микроскопа, ее трудно обнаружить даже с помощью электронногомикроскопа. Но тем не менее она повышает напряжение у своего кончика в201 раз. При подобной концентрации напряжений прочность гриффитсова стекладолжна снизиться от 1500 кг/мм до уровнявсего нескольких килограммов на квадратный миллиметр, то есть до величины,близкой к прочности обычного стекла. Все это позволило Гриффитсу предположить,что в обычном стекле содержится множество очень тонких трещин, которыене поддаются обнаружению с помощью каких бы то ни было обычных средств.Он ничего не говорил о том, как они выглядят или каково их происхождение,а просто утверждал, что если они существуют в обычном стекле — а почемубы им не существовать! — то стекло должно быть малопрочным. Он предположилдалее, что по какой-то неизвестной причине в тонких волокнах они образуютсяреже, а в тончайших почти не попадаются, быть может, лишь потому, что имтам нет места.

Гриффитсовы трещины

По-видимому, Гриффитс думал, что трещины, которые он считал реальносуществующими в стекле, разбросаны во всем его объеме и возникают в процессезатвердевания стекла из-за неспособности его молекул сомкнуться друг сдругом на отдельных участках. Оглядываясь назад, можно только удивлятьсятому, как много времени понадобилось, чтобы отвергнуть это представление.Расчеты Гриффитса показывали, что трещины — каково бы ни было их происхождение- должны быть весьма узкими, возможно, порядка сотых долей длины волныобычного видимого света. Так как увидеть объекты, по размерам намного меньшие,чем длина волны освещающего их света, принципиально невозможно, то рассмотретьтрещины Гриффитса непосредственно через обычный оптический микроскоп, которыйв лучшем случае позволяет видеть предметы размером около полумикрона, небыло никакой надежды. Пришлось ждать появления электронного микроскопа,в котором изображение создается электронами с длиной волны что-нибудь около1/25 А, в то время как видимый свет имеет длину волны около 4000 А.

Комментарии закрыты.