E-Book Content
«Почему мы не проваливаемся сквозь пол» Введение. Новая наука о прочных материалах, или как задавать трудные вопросы Часть I. Упругость и теория прочности Глава 1. Напряжения и деформации, или почему мы не проваливаемся сквозь пол Глава 2. Внутреннее сцепление, или насколько прочными должны быть материалы Глава 3. Трещины и дислокации, или почему столь мала фактическая прочность материалов
Часть II. Неметаллы Глава 4. Торможение трещины, или как обеспечить вязкость Глава 5. Древесина и целлюлоза, или о деревянных кораблях и железных людях Глава 6. Клей и фанера, или слюда в планерах Глава 7. Композиционные материалы, или как делать кирпичи с соломой
Часть III. Металлы Глава 8. Пластичность металлов, или интимная жизнь дислокаций Глава 9. Железо и сталь, или Гёфест средь чертовых мельниц Глава 10. Материалы будущего, или как ошибаться в догадках
Приложение I. О различных типах твердого тела, или кое-что о патоке Приложение II. Простые формулы теории балок, или как сделать расчет на прочность
ВВЕДЕНИЕ Металлы и неметаллы Что такое материаловедение Суеверия и ремесленничество Атомы, химия, единицы измерения
Кто бы ни взялся писать книгу, посвященную столь обширной области знаний, как наука о прочности материалов, он всегда будет чувствовать, что специалисты найдут в такой книге много ошибок, упрощений и просто невежества. Такая книга непременно явится отражением авторской индивидуальности, и в первую очередь это коснется отбора материала. Я писал о том, что интересовало меня в то или иное время. Надеюсь, меня за это не осудят. Ведь не мог я писать о легированных сталях, например, или о титане: есть люди, которые сделают это гораздо лучше меня. Наука о материалах и теория упругости считаются довольно математизированными дисциплинами. Однако я опустил всю математику, за исключением совершенно элементарной алгебры, которая доступна каждому. Дж. Гордон
НОВАЯ НАУКА О ПРОЧНЫХ МАТЕРИАЛАХ, или КАК ЗАДАВАТЬ ТРУДНЫЕ ВОПРОСЫ Какую пищу нашему уму дает созерцание сил сцепления! Как много новых явлений открывается здесь! Именно эти силы обеспечивают прочность всего того, что сооружаем мы на земле, используя железо, камень и другие прочные материалы. И только подумайте, что все наши конструкции - взять хотя бы "Грейт Истерн" *, размеры которого и мощь, кажется, лежат за пределами человеческого воображения, - существуют постольку, поскольку существуют силы сцепления. М. Фарадей "О различных силах природы" **
Почему ломаются вещи? Почему вообще материалы обладают прочностью? Почему одни твердые тела прочнее других? Почему сталь вязкая, а стекло - хрупкое? Почему древесина расщепляется? Что означают такие понятия, как прочность, вязкость, хрупкость? Использованы ли все резервы прочности, скрытые в материалах? Можно ли улучшить существующие типы материалов и создать совершенно новые, отличные от них, которые были бы намного прочнее? Если да, то каким образом это сделать и как они будут выглядеть? Если мы в самом деле будем располагать лучшими материалами, то как и где их следует применять? * "Грейт Истерн" - судно, построенное знаменитым английским инженером Брюнелем в середине XIX века. Во времена Фарадея оно было непревзойденным по своим размерам (водоизмещение 27000 т). - Прим. перев. ** Эпиграф взят из работы М. Фарадея "On the various forces of Nature", которая была издана на русском языке под названием "Силы материи и их взаимоотношения" (М., Государственное антирелигиозное издательство, 1940). Настоящий перевод отличается от изданного. - Прим. перев.
Фарадея в последние годы его жизни стали занимать некоторые из этих вопросов, но ответить на них он не смог, да, признаться, и мы лишь совсем недавно оказались в состоянии это сделать. Однако уже самой постановкой вопроса Фарадей значительно опередил свое время; впоследствии еще долгое время исследования прочности и сил сцепления не были в чести у уче