Tarcie wewnętrzne

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Przejdź do nawigacji Przejdź do wyszukiwania

Tarcie wewnętrzne – w fizyce ciała stałego - miara strat energii mechanicznej zachodzącej w ośrodku. Także zbiorcza nazwa mechanizmów prowadzących do powstania takich strat. Pomiar i analiza tarcia wewnętrznego jest domeną spektroskopii mechanicznej.

W fizyce płynów tarcie wewnętrzne jest utożsamiane z lepkością, lub jest używane dla określenia mechanizmów powodujących lepkość. Opory tarcia wewnętrznego wynikają z istnienia sił kohezji i zależą od swobody przemieszczania się cząsteczek.

Definicja[edytuj | edytuj kod]

W fizyce ciała stałego tarcie wewnętrzne, oznaczane zwykle przez[a] Q-1, jest zdefiniowane przez

,

gdzie

W - energia zgromadzona w jednostce objętości drgającego ośrodka
ΔW - energia tracona w jednostce objętości drgającego ośrodka w czasie jednego okresu

W przypadku małego tłumienia tarcie wewnętrzne jest związane z logarytmicznym dekrementem tłumienia swobodnych drgań ośrodka Λ poprzez równanie

,

Mechanizmy powodujące powstanie tarcia wewnętrznego[edytuj | edytuj kod]

Istnieje wiele mechanizmów mogących prowadzić do strat energii mechanicznej w ciałach stałych. Znaczne straty energii stwierdza się w temperaturach w pobliżu przemian fazowych. Kilka mechanizmów związanych jest z defektami sieci krystalicznej: punktowymi (w tym z domieszkami), dyslokacjami i z defektami płaskimi (w temperaturach bliskich temperaturze topnienia). Najczęściej spotykane mechanizmy tarcia wewnętrznego to:

Mechanizmy związane z przemianami fazowymi[edytuj | edytuj kod]

W pobliżu temperatury przemiany fazowej obserwuje się znaczne tarcie wewnętrzne, pochodzące od zmian parametrów uporządkowania pod wpływem naprężeń.

Mechanizmy związane z defektami punktowymi[edytuj | edytuj kod]

Efekt Snoeka[edytuj | edytuj kod]

Polega na migracji atomów międzywęzłowych, a zaobserwowano go w kryształach o sieci regularnej przestrzennie centrowanej. Jest używany do określania koncentracji atomów węgla w stali.

Efekt Finkelsteina-Rozina[edytuj | edytuj kod]

Powstaje na skutek reorientacji pary złożonej z dwu defektów, atomu domieszki substytucyjnej lub wakansu i atomu międzywęzłowego.

Relaksacja Zenera[edytuj | edytuj kod]

Jest wynikiem ruchu atomów (zmiany orientacji par) w stopach substytucyjnych.

Relaksacja Gorskiego[edytuj | edytuj kod]

Powstaje na skutek dyfuzji defektów w materiałach poddanych niejednorodnym naprężeniom.

Mechanizmy związane z dyslokacjami[edytuj | edytuj kod]

Relaksacja Bodoniego[edytuj | edytuj kod]

Jest skutkiem drgań odcinków dyslokacji. Występuje w materiałach deformowanych i zmniejsza się ze wzrostem koncentracji domieszek.

Maksima Hasigutiego[edytuj | edytuj kod]

Są rezultatem oddziaływania dyslokacji z defektami punktowymi. Występują w materiałach deformowanych.

Histereza dyslokacyjna[edytuj | edytuj kod]

Występuje w wyniku ruchu fragmentu dyslokacji zakotwiczonego pomiędzy dwoma defektami punktowymi.

Relaksacja termosprężysta[edytuj | edytuj kod]

Występuje we wszystkich ciałach. Ściskana część ciała się rozgrzewa, a rozciągana oziębia. Powoduje to wystąpienie strumienia ciepła, prowadzącego do strat energii.

Uwagi[edytuj | edytuj kod]

  1. Cały symbol stanowi integralną całość, nie należy traktować go jako odwrotności Q. Definicja jest podobna do odwrotności dobroci układu drgającego, oznaczanej zwykle przez Q, ale dobroć to parametr oscylatora harmonicznego, a tarcie wewnętrzne jest właściwością materiału.

Bibliografia[edytuj | edytuj kod]

  1. S.A. Nowick, B.S. Berry: Anelastic Relaxation in Crystalline Solids. New York: Academic Press, 1972.
  2. Władysław Chomka, Mechanizmy tarcia wewnętrznego w metalach w Fizyka i chemia metali, tom 2, Prace Naukowe Uniwersytetu Śląskiego nr. 165, 1977, str. 80-113.