Hookeren legea nahikoa ez denean...

Eskola-liburuetatik ezagutzen den Hooke-ren legearen arabera, gorputz baten luzapenak aplikatutako tentsioarekin zuzenean proportzionala izan behar du. Hala ere, teknologia modernoan eta eguneroko bizitzan garrantzi handia duten material askok gutxi gorabehera lege hau betetzen dute edo guztiz ezberdin jokatzen dute. Fisikariek eta ingeniariek esaten dute horrelako materialek propietate erreologikoak dituztela. Propietate horien azterketa esperimentu interesgarri batzuen gaia izango da.

Erreologia, aipatutako Hooke-ren legean oinarritutako elastikotasunaren teoriatik haratago doan materialen propietateen azterketa da. Portaera hau fenomeno interesgarri askorekin lotuta dago. Horien artean daude, bereziki: tentsio-jaitsiera baten ondoren materiala jatorrizko egoerara itzultzeko atzerapena, hau da, histeresi elastikoa; tentsio etengabean gorputzaren luzapena handitzea, bestela fluxua deitzen zaio; edo hasieran plastikozko gorputz baten deformazioarekiko eta gogortasunarekiko erresistentzia areagotzea, material hauskorren ezaugarri diren propietateak agertu arte.

agintari alferra

30 cm-ko edo gehiagoko luzera duen plastikozko erregela baten mutur bat morroi-barailetan finkatzen da, erregela bertikala izan dadin (1. irudia). Erregelaren goiko muturra bertikaletik milimetro gutxi batzuez baztertzen dugu eta askatzen dugu. Kontuan izan erregelaren zati askeak oreka bertikaleko posizioaren inguruan hainbat aldiz oszilatzen duela eta jatorrizko egoerara itzultzen dela (1a. irudia). Behatutako oszilazioak harmonikoak dira, desbideraketa txikietan indar gidari gisa jarduten duen indar elastikoaren magnitudea zuzenki proportzionala baita erregelaren muturraren desbideratzearekin. Erregelaren portaera hori elastikotasunaren teoriak deskribatzen du. 

Arroza. 1. Histeresi elastikoa aztertzea erregela erabiliz

1 - anbulantzia,

2 - morroi-barailak, A - erregelaren amaieraren desbideratzea bertikaletik

Esperimentuaren bigarren zatian, erregelaren goiko muturra zentimetro batzuk desbideratzen dugu, askatu eta bere portaera ikusten dugu (1b. irudia). Orain mutur hau oreka-posiziora itzultzen ari da poliki-poliki. Hau erregela-materialaren muga elastikoen gehiegikeria dela eta. Efektu horri deitzen zaio histeresi elastikoa. Deformatutako gorputza bere jatorrizko egoerara itzultzean datza. Azken esperimentu hau erregelaren goiko muturra are gehiago okertuz errepikatzen badugu, bere itzulera ere motelagoa izango dela eta hainbat minutu iraun dezakeela ikusiko dugu. Gainera, erregela ez da zehatz-mehatz posizio bertikalera itzuliko eta betirako tolestuta geratuko da. Esperimentuaren bigarren zatian deskribatutako ondorioak bat besterik ez dira erreologia ikerketa-gaiak.

Itzultzen den txoria edo armiarma

Hurrengo esperientziarako, jostailu merke eta erosteko erraz bat erabiliko dugu (batzuetan kioskoetan ere eskuragarri). Txori edo beste animalia baten itxura duen irudi lau batez osatuta dago, armiarma adibidez, eraztun itxurako helduleku duen uhal luze batez lotua (2a. irudia). Jostailu osoa ukipenerako apur bat itsaskorra den gomazko material elastiko batez egina dago. Zinta oso erraz luza daiteke, luzera hainbat aldiz handituz urratu gabe. Esperimentu bat egiten dugu gainazal leun batetik gertu, hala nola ispiluko beira edo altzari horma baten ondoan. Esku bateko hatzekin, heldu heldulekua eta egin olatu bat, horrela jostailua gainazal leun batera botaz. Figurina gainazalean itsasten dela eta zinta tente geratzen dela ohartuko zara. Heldulekua hatzekin eusten jarraitzen dugu zenbait hamarna segundoz edo gehiagoz.

Arroza. 2. Histeresi elastikoen adibide bizia, itzulerako gurutze bat erabiliz erakutsia

1 - armiarma irudia, 2 - goma,

3 - heldulekua, 4 - palmondoa, 5 - azalera

Denbora pixka bat igaro ondoren, iruditxoa bat-batean gainazaletik aterako dela eta, zinta termiko batek erakarrita, azkar itzuliko dela gure eskura. Kasu honetan, aurreko esperimentuan bezala, tentsioaren gainbehera motela ere gertatzen da, hau da, histeresi elastikoa. Luzatutako zintaren indar elastikoek ereduaren gainazaleko itsaspen indarrak gainditzen dituzte, denborarekin ahultzen direnak. Ondorioz, irudia eskura itzultzen da. Esperimentu honetan erabilitako jostailuaren materialari erreologoek deitzen diote biskoelastikoa. Izen hau justifikatzen da propietate itsaskorrak (gainazal leunean itsasten denean, eta propietate elastikoak) erakusten dituelako, eta ondorioz gainazal horretatik apurtu eta jatorrizko egoerara itzultzen da.

beheranzko gizona

1. argazkia. Horma bertikal batetik jaisten den irudi bat ere histeresi elastikoen adibide bikaina da.

Esperimentu honek material biskoelastikoz egindako jostailu bat ere erabiliko da (argazkia 1). Gizon edo armiarma baten itxuran egina dago. Jostailu hau gorputz-adarrak zabalduta eta hankaz gora jarrita botatzen dugu gainazal bertikal lau batean, ahal izanez gero beira, ispilu edo altzari horman. Botatutako objektu bat gainazal horri itsatsi egiten zaio. Denbora pixka bat igaro ondoren, zeinaren iraupena gainazalaren zakartasunaren eta jaurtitzeko abiaduraren araberakoa, besteak beste, jostailuaren goialdea ateratzen da. Lehen aipaturikoaren ondorioz gertatzen da hori. histeresi elastikoa eta irudiaren pisuaren ekintza, aurreko esperimentuan zegoen uhalaren indar elastikoa ordezkatzen duena.

Pisuaren eraginez, jostailuaren zati bat makurtu eta gehiago hausten da, piezak gainazal bertikala ukitu arte. Ukitu honen ondoren, irudiaren hurrengo itsatsi gainazalean hasten da. Ondorioz, irudia berriro itsatsiko da, baina burua behera posizioan. Jarraian azaltzen diren prozesuak errepikatzen dira, irudiek txandaka hankak eta gero burua urratzen dituzte. Efektua da irudia gainazal bertikal batetik jaisten dela, iraulketa ikusgarriak eginez.

Plastilina fluidoa

Arroza. 3. Plastilina-fluxuaren proba

a) hasierako egoera, b) azken egoera;

1 - palmondoa, 2 - plastilinaren goiko aldea,

3 - adierazlea, 4 - estutzea, 5 - plastilina zati urratua

Esperimentu honetan eta ondorengo hainbatetan, jostailu dendetan dagoen plastilina erabiliko dugu, "buztin magikoa" edo "tricolin" izenez ezagutzen dena. Dumbbell baten antzeko formako plastilina zati bat oratzen dugu, 4 cm inguruko luzera eta 1-2 cm-ko tarte lodiagoen diametroa eta 5 mm inguruko estutze-diametroa duena (3a. irudia). Moldea hatzekin hartzen dugu zati lodiaren goiko muturretik eta geldirik mantentzen dugu edo bertikalki zintzilikatzen dugu instalatutako markatzailearen ondoan, zati lodiaren beheko muturraren kokapena adieraziz.

Plastilinaren beheko muturraren posizioa ikusita, poliki-poliki beherantz doala ohartuko gara. Kasu honetan, plastilinaren erdiko zatia konprimitzen da. Prozesu honi materialaren fluxua edo arrastadura deitzen zaio eta etengabeko tentsioaren eraginez bere luzapena areagotzean datza. Gure kasuan, tentsio hori plastilinazko dumbaren beheko zatiaren pisuak eragiten du (3b. irudia). Ikuspegi mikroskopikotik uneko nahiko denbora luzez kargak jasandako materialaren egitura-aldaketaren ondorioa da. Halako batean, estututako zatiaren indarra hain da txikia, plastilinaren beheko zatiaren pisuaren azpian hautsi baita. Emaria faktore askoren araberakoa da, besteak beste, material mota, zenbatekoa eta tentsioa aplikatzeko metodoa.

Erabiltzen dugun plastilina oso sentikorra da jarioarekiko, eta begi hutsez ikus dezakegu hamar segundo gutxitan. Erantsi behar da buztin magikoa ustekabean asmatu zela Estatu Batuetan, Bigarren Mundu Gerran, ibilgailu militarrentzako pneumatikoen ekoizpenerako egokia den material sintetiko bat ekoizteko saiakerak egin zirenean. Polimerizazio osatugabearen ondorioz, molekula kopuru jakin bat lotu gabe zegoen material bat lortu zen, eta beste molekulen arteko loturek kanpoko faktoreen eraginez beren posizioa erraz alda zezaketen. "Errebote" esteka hauek buztin errebotearen propietate harrigarriei laguntzen diete.

galdutako pilota

Arroza. 4. Plastilina hedatzeko eta estresa arintzeko probak egiteko multzoa:

a) hasierako egoera, b) azken egoera; 1 - altzairuzko bola,

2 - ontzi gardena, 3 - plastilina, 4 - oinarria

Orain estutu plastilina magikoa ontzi garden txiki batean, goialdean irekita, bertan aire burbuilarik ez dagoela ziurtatuz (4a. irudia). Ontziaren altuera eta diametroa zentimetro batzuk izan behar dira. Plastilinaren goiko gainazalaren erdian 1,5 cm-ko diametroa duen altzairuzko bola bat jarri.Ontzia bolarekin bakarrik utziko dugu. Ordu gutxiro baloiaren posizioa behatzen dugu. Kontuan izan plastilinan gero eta sakonago sartzen dela, eta, aldi berean, pilotaren gainazaleko espazioan sartzen da.

Denbora aski luze baten ondoren, hauen araberakoa da: pilotaren pisua, erabilitako plastilina mota, pilota eta zartaginaren tamaina, giro-tenperatura, pilota zartaginaren hondora iristen dela ohartuko gara. Baloiaren gaineko espazioa plastilinaz beteko da guztiz (4b. irudia). Esperimentu honek materialak isurtzen duela erakusten du eta estresa arintzea.

Plastilina jauzika

Osatu masa magikozko bola bat eta bota azkar gainazal gogor batera, hala nola lurra edo horma. Harriduraz ohartzen gara plastilinak gainazal horietatik errebotatzen duela gomazko pilota errebote baten antzera. Buztin magikoa propietate plastikoak eta elastikoak izan ditzakeen gorputza da. Kargak horren gainean eragingo duen abiaduraren araberakoa da.

Esfortzuak poliki-poliki aplikatzen direnean, oratuaren kasuan bezala, propietate plastikoak erakusten ditu. Bestalde, indarra azkar aplikatzen denean, zoru edo hormarekin talka egiten denean gertatzen dena, plastilinak propietate elastikoak erakusten ditu. Buztin magikoa gorputz plastiko-elastikoa dei daiteke laburki.

Plastilina tentsiokoa

2. argazkia. Buztin magikoaren luzatze geldoaren eragina (luzatutako zuntzaren luzera 60 cm ingurukoa da)

Oraingoan, eratu 1 cm-ko diametroa eta zentimetro gutxiko luzera duen plastilinazko zilindro magiko bat. Hartu bi muturrak eskuineko eta ezkerreko eskuetako hatzekin eta ezarri arrabola horizontalean. Gero, poliki-poliki, besoak alboetara zabaltzen ditugu lerro zuzen batean, eta horrela zilindroa norabide axialean luzatuko da. Plastilinak ia erresistentziarik eskaintzen ez duela sentitzen dugu, eta erdian estutzen dela nabaritzen dugu.

Plastilina-zilindroaren luzera zenbait hamarnaka zentimetrotan handitu daiteke, erdiko zatian hari mehe bat sortu arte, denborarekin hautsiko dena (2. argazkia). Esperientzia honek erakusten du gorputz plastiko-elastiko bati poliki-poliki tentsioa aplikatuz, deformazio oso handia eragin daitekeela suntsitu gabe.

plastilina gogorra

Plastilinazko zilindro magikoa aurreko esperimentuan bezala prestatzen dugu eta behatzak bere muturretan era berean biltzen ditugu. Arreta kontzentratuta, besoak alboetara zabaldu ditugu ahalik eta azkarren, zilindroa zorrotz luzatu nahian. Ematen du kasu honetan plastilinaren erresistentzia oso handia sentitzen dugula, eta zilindroa, harrigarria bada ere, ez da batere luzatzen, baina luzera erdian hausten da, labana batekin moztuta bezala (3. argazkia). Esperimentu honek ere erakusten du gorputz plastiko-elastiko baten deformazioaren izaera tentsioaren aplikazio-abiaduraren araberakoa dela.

Plastilina kristala bezain hauskorra da

3. argazkia. Plastilina magikoaren luzatze bizkorraren emaitza - luzapen askoz gutxiago eta ertz zorrotz bat ikus ditzakezu, material hauskor bateko pitzadura baten antza.

Esperimentu honek are argiago erakusten du tentsio-tasak gorputz plastiko-elastiko baten propietateetan nola eragiten duen. Osatu 1,5 cm inguruko diametroa duen bola bat buztin magikotik eta jarri oinarri sendo eta masibo batean, hala nola altzairuzko plaka astun batean, ingudea edo hormigoizko zoru batean. Gutxienez 0,5 kg pisatzen duen mailu batekin pilota poliki-poliki jo (5a. irud.). Ematen du egoera honetan pilota plastikozko gorputz baten antzera jokatzen duela eta mailu bat erori ondoren berdindu egiten dela (5b. irudia).

Osatu plastilina berdindua berriro bola batean eta jarri platerean lehen bezala. Berriz ere pilota mailu batekin jotzen dugu, baina oraingoan ahalik eta azkarren egiten saiatzen gara (5c. irudia). Ematen du kasu honetan plastilinazko bolak material hauskor batez eginda egongo balitz bezala jokatzen duela, hala nola beira edo portzelanaz, eta talkaren ondorioz zatitan apurtzen da norabide guztietan (5d. irudia).

Makina termikoa goma farmazeutikoetan

Material erreologikoen tentsioa murriztu daiteke haien tenperatura igoz. Efektu hau funtzionamendu-printzipio harrigarria duen bero-motor batean erabiliko dugu. Hori muntatzeko, honako hauek beharko dituzu: latorrizko torlojuzko tapoi bat, dozena bat goma labur, orratz handi bat, txapa mehe laukizuzen bat eta bonbilla oso beroa duen lanpara bat. Motorraren diseinua 6. irudian ageri da. Muntatzeko, moztu estalkiaren erdiko zatia, eraztun bat lortzeko.

Arroza. 5. Plastilinaren eta plastilinaren propietate hauskorrak erakusteko metodoa

a) pilota motel jotzea b) kolpe motela

c) baloiaren kolpe azkar bat, d) kolpe azkar baten eragina;

1 - plastilinazko bola, 2 - plaka sendo eta masiboa, 3 - mailua,

v - mailuaren abiadura

Eraztun honen erdian orratz bat jartzen dugu, hau da, ardatza, eta banda elastikoak jartzen dizkiogu, bere luzeraren erdian eraztunaren kontra egon daitezen eta biziki luzatuta egon daitezen. Banda elastikoak eraztunaren gainean simetrikoki jarri behar dira, horrela, banda elastikoz osatutako erraiak dituen gurpil bat lortzen da. Tolestu txapa bat kranpoi forman besoak luzatuta, aurrez egindako zirkulua haien artean kokatu eta azaleraren erdia estaltzeko. Kantilaren alde batean, bere bi ertz bertikaletan, gurpil-ardatza bertan jartzeko aukera ematen duen ebakidura bat egiten dugu.

Jarri gurpil-ardatza euskarriaren ebakiduran. Gurpila hatzekin biratzen dugu eta orekatuta dagoen egiaztatzen dugu, hau da. edozein posiziotan gelditzen da. Horrela ez bada, orekatu gurpila gomak eraztunarekin bat egiten duten lekua apur bat aldatuz. Jarri euskarria mahai gainean eta argiztatu bere arkuetatik irteten den zirkuluaren zatia lanpara bero batekin. Ematen du pixka bat igaro ondoren gurpila biratzen hasten dela.

Mugimendu honen arrazoia gurpilaren masa-zentroaren posizioaren etengabeko aldaketa da, erreologo izeneko efektu baten ondorioz. estres termikoa erlaxatzea.

Erlaxazio hori oso tentsio handiko material elastiko bat berotzean uzkurtzen dela oinarritzen da. Gure motorrean, material hau euskarriaren euskarritik irteten diren gurpilen alboko gomak dira eta bonbilla batekin berotzen dira. Ondorioz, gurpilaren masa-zentroa euskarri-besoek estaltzen duten alderantz mugitzen da. Gurpilaren biraketaren ondorioz, berotutako gomak euskarriaren besoen artean erortzen dira eta hozten dira, bertan bonbillatik ezkutatuta baitaude. Hoztutako borragomak berriro luzatzen dira. Deskribatutako prozesuen sekuentziak gurpilaren etengabeko biraketa bermatzen du.

Ez bakarrik esperimentu ikusgarriak

Arroza. 6. Goma farmazeutikoz egindako bero-motor baten diseinua

a) alboko ikuspegia

b) plano axial baten sekzioa; 1 - eraztuna, 2 - orratza, 3 - borragoma farmazeutikoa,

4 - euskarria, 5 - ebakidura euskarrian, 6 - bonbilla

Orain erreologia azkar garatzen ari den arloa da, bai fisikarientzat bai zientzia teknikoen alorreko espezialistentzat. Zenbait egoeratan fenomeno erreologikoek eragin kaltegarria izan dezakete gertatzen diren ingurunean eta kontuan hartu behar dira, adibidez, denboran deformatzen diren altzairuzko egitura handiak diseinatzerakoan. Karga eragileen eta bere pisuaren eraginpean materiala zabaltzearen ondorioz sortzen dira.

Eliza historikoetako teilatu aldapatsuak eta beirateak estaltzen dituzten kobre xaflen lodieraren neurketa zehatzak frogatu du elementu horiek behealdean goiko aldean baino lodiagoak direla. Hau da emaitza unekokobrea zein beira bere pisuan ehunka urtez. Fenomeno erreologikoak fabrikazio teknologia moderno eta ekonomiko askotan ere erabiltzen dira. Adibide bat plastikoen birziklapena da. Gaur egun, material horiekin egindako produktu gehienak estrusio, marrazketa eta putz moldaketa bidez egiten dira. Hau materiala berotu eta behar bezala hautatutako abiaduran presioa egin ondoren egiten da. Horrela, besteak beste, paperak, hagaxkak, hodiak, zuntzak, baita forma konplexuko jostailuak eta makina zatiak ere. Metodo hauen abantaila oso garrantzitsuak kostu baxua eta hondakinak ez izatea dira.