Построенный Гриффитсом график зависимости прочности стеклянныхволокон от толщины волокна.

Оставалось измерить поверхностную энергию. А в простоте ее определениядля стекла и заключалось одно из достоинств этого материала в качествеобъекта исследования. Дело в том, что стекло не имеет фиксированной точкиплавления, а при нагреве медленно изменяется от хрупкого твердого теладо состояния вязкой жидкости, и в ходе этого процесса существенных изменениймолекулярной структуры не происходит. Поэтому при переходе от жидкого состоянияк твердому не следует ожидать и сильных изменений величины поверхностнойэнергии, и потому поверхностное натяжение и поверхностная энергия, которыедостаточно легко измеряются на расплавленном стекле, можно с известнойточностью применять и при анализе затвердевшего стекла. Если нагреть конецстеклянного стержня в пламени газовой горелки, то, размягчившись, стеклобудет стремиться принять форму шара, потому что силы поверхностного натяженияостаются достаточно большими и после того, как сопротивление деформированиюпо существу исчезло. Нетрудно измерить силу, необходимую для медленноговытягивания стержня в этих условиях. Но ведь она лишь очень немногим большесопротивления поверхностному натяжению. На основании такого рода экспериментов,выполненных на очень простых приборах, Гриффитс установил, что теоретическаяпрочность его стекла при комнатной температуре должна быть почти 1400 кг/мм.

1458452510163842336

Затем Гриффитс взял холодные стержни диаметром около 1 мм из того жеобычного стекла, разорвал в испытательной машине и определил их прочность.Она оказалась около 15–20 кг/мм, что вполненормально для тех стекол, из которых делают лабораторную посуду, пивныебутылки; эти же стекла вставляют в окна и т.д. Но эта прочность составлялаоколо 1/50–1/100 от расчетной.

Тогда Гриффитс стал нагревать свои стержни посередине и оттягивать ихконцы. Получались более тонкие стержни-нити, которые он также после охлажденияиспытывал.

Чем тоньше были полученные нити, тем они оказывались прочнее. Сначалаих прочность увеличивалась медленно, но по мере того, как они становилисьочень тонкими, прочность возрастала весьма быстро. Прочность волокон диаметромоколо 2,5 мкм сразу после вытягивания составляла 600 кг/мми более, а спустя несколько часов падала примерно до 350 кг/мм.Кривая зависимости прочности от диаметра волокна росла столь стремительно(рис. 16), что трудно было установить верхний (максимальный) предел длявеличины прочности.

Рис. 16. Построенный Гриффитсом график зависимости прочности стеклянныхволокон от толщины волокна.

Зависимость эта не была очень гладкой, опытные точки имели некоторый разброс.Однако по поводу общей тенденции никаких сомнений не оставалось. 

Комментарии закрыты.