Пластичность и упругость льда

Если уронить ледяную глыбу на пол, она разо­бьется вдребезги. Некоторые даже считают лед пред­ставителем хрупких веществ. Однако при очень силь­ном ударе он отскакивает, словно резиновый мячик. Если охладить с помощью твердой углекислоты или жидкого азота керосин или другую жидкость, в ко­торой не растворяется вода, а затем шприцем или пульверизатором впрыснуть в эту жидкость каплю воды, то можно получить ледяной шарик нужного размера. Если теперь бросить такой шарик на гори­зонтальную ледяную поверхность, он отскочит от нее, подобно шарику для настольного тенниса.

Рассчитаем коэффициент отражения. Этот коэффици­ент представляет собой отношение скоростей до и после удара и служит мерой отражения. Его равен­ство единице означает, что после удара скорость не меняется, т. е. что тело обладает абсолютной упру­гостью. Согласно результатам измерений, среднее значение коэффициента отражения для ледяного ша­рика равно 0,8, а в случае ледяного шарика идеаль­но круглой формы при скоростях удара до 100 см/с достигает даже величины 0,9. У таких предста­вителей упругих веществ, какими являются слоновая кость и мрамор, при этих скоростях удара коэффи­циент отражения принимает значение 0,8, у латуни и стали он равен 0,5, а у свинца - 0,2. Таким обра­зом, способность ледяного шарика, ударившись о плоскую поверхность, отскакивать от нее, оказывает­ся неожиданно высокой. Это говорит об упругости льда. Рассмотрим теперь чуть-чуть подробнее сам механизм отскока.

При прямом ударе ледяного шарика о плоскую льдину и шарик, и льдина испытывают действие сил, приводящих к деформации. Эта деформация продол­жается до тех пор, пока кинетическая энергия шари­ка не превратится в нуль. Затем благодаря упруго­сти начнет восстанавливаться прежняя форма. В ре­зультате ледяной шарик приобретет скорость в про­тивоположном направлении, а значит, и кинетичекую энергию. Так происходит отскок.

Удар и последующий отскок ледяного шарика от плоскости можно рассматривать как явление, при котором сначала происходит превращение кинетиче­ской энергии шарика в энергию деформации (упру­гую энергию), а затем упругая энергия преобразует­ся обратно в кинетическую. Деформации ледяного шарика и плоской ледяной поверхности, конечно же, возникают в результате искажений их кристалличе­ских решеток, поэтому можно утверждать, что нали­чие у льда упругих свойств обусловлено водородными связями, формирующими его кристаллическую структуру.

При -10 °С зависящий от упругих свойств мо­дуль Юнга для льда равен примерно 9-10'° дин/см2, что почти совпадает по величине со значениями модуля Юнга для металлов и твердых пород дерева - таких, например, как дуб.

Comments