Tarcie wewnętrzne – w fizyce ciała stałego – miara strat energii mechanicznej zachodzących 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 W fizyce ciała stałego tarcie wewnętrzne, oznaczane zwykle przezCały symbol stanowi integralną całość, nie należy traktować go jako odwrotności Definicja jest podobna do odwrotności dobroci układu drgającego, oznaczanej zwykle przez ale dobroć to parametr oscylatora harmonicznego, a tarcie wewnętrzne jest właściwością materiału. jest zdefiniowane przez
gdzie: – energia zgromadzona w jednostce objętości drgającego ośrodka, – 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 poprzez równanie
Mechanizmy powodujące powstanie tarcia wewnętrznego 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 W pobliżu temperatury przemiany fazowej obserwuje się znaczne tarcie wewnętrzne, pochodzące od zmian parametrów uporządkowania pod wpływem naprężeń.
Mechanizmy związane z defektami punktowymi Efekt Snoeka 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 Powstaje na skutek reorientacji pary złożonej z dwu defektów, atomu domieszki substytucyjnej lub wakansu i atomu międzywęzłowego.
Relaksacja Zenera Jest wynikiem ruchu atomów (zmiany orientacji par) w stopach substytucyjnych.
Relaksacja Gorskiego Powstaje na skutek dyfuzji defektów w materiałach poddanych niejednorodnym naprężeniom.
Mechanizmy związane z dyslokacjami Relaksacja Bodoniego Jest skutkiem drgań odcinków dyslokacji. Występuje w materiałach deformowanych i zmniejsza się ze wzrostem koncentracji domieszek.
Maksima Hasigutiego Są rezultatem oddziaływania dyslokacji z defektami punktowymi. Występują w materiałach deformowanych.
Histereza dyslokacyjna Występuje w wyniku ruchu fragmentu dyslokacji zakotwiczonego pomiędzy dwoma defektami punktowymi.
Relaksacja termosprężysta Występuje we wszystkich ciałach. Ściskana część ciała się rozgrzewa, a rozciągana oziębia. Powoduje to wystąpienie strumienia ciepła, prowadzącego do strat energii.
Uwagi
Bibliografia
Władysław Chomka, Mechanizmy tarcia wewnętrznego w metalach, w: Fizyka i chemia metali, tom 2, „Prace Naukowe Uniwersytetu Śląskiego” 165, 1977, s. 80–113.
Kategoria:Rodzaje tarcia