Для кругового сечения радиуса R:
J = tiR4 /2. р
Момент, закручивающий на угол ф однородный круглый стержень, имеющий длину L и радиус R:
*G R2
A/k =---<р.
k 2 L
Удельная (на единицу объема) потенциальная энергия деформированного круглого цилиндра:
w = MWlGJ1 ,
к к р ’
где г - расстояние от оси цилиндра.
11.2.3. Твердые аморфные вещества
Аморфными называются вещества, не обладающие в конденсированном состоянии кристаллическим строением, но обладающие упругостью формы (модуль сдвига не равен нулю).
В аморфном состоянии могут находиться обычные стекла, сера, селен, глицерин и большинство высокомолекулярных соединений - полимеры, молекулы которых построены из большого числа повторяющихся групп атомов.
Аморфные вещества при определенных условиях стеклуются, т.е. переходят от свойств и закономерностей жидкого состояния к свойствам и закономерностям твердого состояния.
Переход аморфного вещества из жидкого состояния в твердое при изменении температуры или давления называется структурным стеклованием. При таком переходе меняются объем, теплосодержание, а также механические, электрические и другие свойства веществ. Аморфное вещество в твердом состоянии называется застеклованным веществом или стеклом.
Размягчение - переход вещества из твердого состояния в жидкое при повышении температуры. Стеклование и размягчение совершаются в широкой температурной области - до нескольких десятков градусов. Однако условно переход характеризуют некоторой одной температурой стеклования или температурой размягчения, произвольно выбранной в интервале перехода.
При охлаждении аморфного вещества его свойства зависят только от температуры и скорости охлаждения. При нагревании твердого аморфного вещества его свойства зависят не только от скорости нагревания, но и от структуры, зафиксированной в образце, в свой очередь зависящую от скорости предварительного охлаждения.
При стекловании или размягчении коэффициенты теплового расширения и теплоемкость резко меняются.
В области стеклования резко меняются вязкоупругие свойства аморфных веществ, т.е. наличие одновременно и модуля сдвига, и коэффициента внутреннего трения (динамической вязкости), связанной с возникновением сил трения между двумя слоями газа или жидкости, перемещающимися параллельно друг другу с различными по величине скоростями.
11.2.4. Полимеры
Полимерами называются вещества, молекулы которых построены из большого числа повторяющихся групп - мономерных единиц (концевые группы несколько отличны от основных мономерных). Сложность молекулярного строения полимеров обусловливает многообразие надмолекулярных структур - от полностью аморфной до полностью кристаллической.
Число мономерных единиц в молекуле называют степенью полимеризации. Полимеры разделяются на линейные и трехмерные.
Линейные полимеры (полимерные цепи) построены из линейных молекул, т.е. таких, в которых каждая мономерная группа, за исключением концевых, соединена только с двумя соседними мономерными единицами. Строго линейных полимерных молекул практически не бывает, все они в той или иной степени разветвлены, т.е. в них встречаются мономерные единицы, к которым присоединены три или более соседних единиц (точки ветвления). В разветвленных молекулах выделяют основную цепь и боковые ветви.
Трехмерные полимеры построены из молекул, соединенных между собой поперечными связями.
Полимеры, молекулы которых состоят из мономерных единиц различной химической природы, называются сополимерами.
Линейные полимеры растворимы и могут существовать в жидком состоянии. Трехмерные полимеры не плавки и нерастворимы, могут только набухать в растворителе, поглощая ограниченное число его и сохраняя в основном свойства твердого тела.
Ценность полимерных материалов для различных приложений определяется в первую очередь их необычайными механическими свойствами: способностью к большим деформациям и большой чувствительностью к изменениям температуры и частоты внешних воздействий.
Деформация полимеров представляет собой сложный процесс, который можно разделить на три составляющих:
— упругую деформацию, связанную с изменением межатомных и межмоле-кулярных расстояний;
— высокоэластичную деформацию, связанную с перемещением звеньев молекул без относительного перемещения молекул как целого, при этом происходит изменение формы молекул, например раскручивание;
— пластическую деформацию (течение), связанную с относительным перемещением молекул как целого.
