MENGAPA BAHAN TIPIS LEBIH KUAT?

Mengapa kaca tipis itu kuat

Di pos terakhir, kami menetapkan apa itu kekuatan dan bahwa potongan kaca yang lebih tebal lebih lemah dari yang disarankan oleh kekuatan teoretisnya. Kami sekarang akan mencoba menjawab pertanyaan mengapa ini terjadi. Dari sudut pandang intuitif, ini adalah sifat material yang agak aneh, karena orang akan berpikir bahwa lebih banyak material berarti lebih banyak resistensi.

Ketika sebagian besar cairan membeku, mereka mengkristal dan lebih teratur, lebih baik dikemas, dan karena itu lebih padat daripada cairan. Masalah dengan kaca adalah sangat kental sehingga molekul tidak punya waktu untuk memilah diri menjadi kristal. Ini berarti bahwa kaca lebih merupakan cairan yang dipadatkan daripada padatan kristal (kaca sebenarnya adalah padatan amorf).

Karena tidak dapat diurutkan, ia memiliki struktur yang berantakan dengan banyak kekurangan.

Cacat buruk untuk bahan karena mereka meningkatkan konsentrasi tegangan dalam bahan. Artinya, gaya yang biasanya telah ditransmisikan tidak dapat lagi diteruskan karena ada celah antar atom akibat retak. Ini berarti bahwa gaya harus diarahkan di sekitar retakan ke atom di tepi retakan. Artinya ikatan antar atom ini harus menahan gaya yang sangat besar. Ini melemahkan material, karena setiap peningkatan tegangan keseluruhan menghasilkan peningkatan konsentrasi tegangan yang jauh lebih besar. Akhirnya, ikatan tidak akan mampu menahan gaya dan akan putus. Ikatan berikutnya kemudian akan memiliki konsentrasi tegangan yang lebih kuat dan juga akan putus. Proses ini akan terus berlanjut sampai material tersebut pecah.

Namun, jika permukaan kaca dijaga tetap halus, bisa jadi sama kuatnya dengan kaca tipis.
Alasan mengapa kaca tipis kuat adalah karena tidak ada cukup ruang untuk menampung retakan dan karenanya bebas retak.

Biasanya kaca retak rapuh dan pecah menjadi beberapa bagian. Namun, jika kita berhasil mencegah terjadinya keretakan, misalnya dengan menekannya, akan pecah dengan mengalirkan gaya geser seperti dempul.
Dalam kasus kaca, tegangan geser jauh lebih besar daripada tegangan putus normal, yang jarang terjadi.

Tegangan geser dan viskositas kaca sangat bergantung pada suhu kaca. Jika kaca dibuat tanpa retak, kaca mungkin rentan terhadap kerusakan geser seperti halnya retak. Dalam hal ini, pendinginan akan sangat berguna karena meningkatkan viskositas kaca dan karenanya memperkuatnya karena tegangan geser meningkat.

Kaca relatif tahan terhadap kompresi, tetapi pada umumnya kristal non-logam cenderung lemah.

logam

Sekarang perhatikan logamnya. Apakah potongan logam tipis juga lebih kuat dari bahan curah?

Kumis logam adalah kristal panjang, tipis, seperti jarum yang dapat diproduksi dari sebagian besar zat. Mereka umumnya 0,5 mikrometer tebal dan beberapa milimeter panjangnya.
Pada tahun 1952, ditemukan bahwa kumis timah dapat ditekuk pada tekanan tinggi dan masih mempertahankan elastisitasnya. Ini adalah kasus lain dari resistensi bahan tipis.

Anda mungkin sudah menduga bahwa kurva kekuatan versus ketebalan menyerupai kurva Griffith untuk kaca. Dugaan pertama mungkin menunjukkan bahwa logam memiliki retakan seperti kaca.
Juga, tidak mungkin untuk membedakan antara dua logam ketika memplot kurva regangan versus ketebalan.

Celah akan menjadi cara yang baik untuk menjelaskan alasan fenomena ini, tetapi tidak ada yang bisa menemukannya.

Penjelasan untuk kelemahan logam terletak pada cara pertumbuhannya.

Cara kristal tumbuh berarti ada struktur anak tangga di permukaannya. Hal ini menyebabkan konsentrasi tegangan yang buruk pada logam (yang dapat dianggap sebagai setengah retak).

Kumis bahan murni besar beradaptasi dengan baik dengan batas dan oleh karena itu batas bukanlah sumber kelemahan. Sumber kelemahannya adalah setengah retakan di permukaannya.
Batas butir antara kristal juga menjelaskan mengapa beberapa paduan bisa lemah. Menambahkan kotoran melemahkan logam karena ketika cairan membeku mereka berusaha untuk mengeluarkan kotoran. Kotoran karena itu menumpuk di batas butir logam dan segel menjadi lemah. Inilah sebabnya mengapa kotoran dapat merusak paduan jika tidak ditambahkan dengan benar.

Untuk metaux, soliditas bermuara pada keteraturan permukaan logam. Anehnya, untuk kristal rapuh, cacat internal tidak menjadi masalah untuk kekuatannya. Di sisi lain, ketika kita berbicara tentang kristal ulet, cacat internal mulai berperan.

Leave a Comment