Чому відбувається руйнація конструкцій
Є предмет у технічних вузах - опір матеріалів (супромат), який розкриває причини, чому відбувається руйнування конструкцій. Його викладають майбутнім інженерам.
Розрахунок конструкцій на міцність
Щоб запобігти руйнуванню конструкцій, сопромат вчитьрозраховувати конструкції на міцність, і зміст цих розрахунків зводиться до наступного: необхідно проектувати конструкцію таким чином, щоб сили, що діють на неї, призводили до напруг, що не перевищують деякої граничної для даного матеріалу величини — межі плинності чи межі міцності. Тоді конструкція не зруйнується.
Виправданість такого підходу доводиться тим, що побудовані за законами сопромату будівлі, мости, вежі стоять століттями, кораблі та підводні човни, висловлюючись газетним штампом, борознять океани, а літаки та ракети літають, куди їм належить і як належить. Все це правда.
Аналіз катастроф та аварій
Але справді не повна. Тому що іноді будівлі, мости та вишки руйнуються, величезні океанські лайнери розколюються під час шторму, як яєчна шкаралупа, а літаки розвалюються у повітрі. Таке трапляється не часто, але трапляється. Пояснити це помилками у розрахунках чи порушенням технології вдається далеко ще не завжди. Руйнування відбувається при напругах, значно менших межі плинності, тобто менших, ніж допускаються розрахунком.
При аналізі катастроф і аварій виявляється, що причиною руйнування конструкцій є тріщини, які з величезною швидкістю поширюються по всій конструкції. Такі тріщини називаютьмагістральними тріщинами.
Чому міцні металеві матеріали раптом починають поводитися, як скло? Як враховувати це у розрахунках?
Можна, звичайно, вважати, що цевипадковості, яких не можна передбачити, але це буде самообман, причому дуже небезпечний трагічні наслідки, що тягне за собою.
Отже, віковий досвід конструювання неправильний? Ні, цього не можна стверджувати. У багатьох випадках він добре себе зарекомендував і його слід використовувати. І якщо людина обирає інженерну спеціальність, то не треба сподіватися, що не доведеться вивчати сопромат. Доведеться.
Руйнування конструкцій
Але крім розділів, які вивчали студенти раніше, у сопроматі вивчаються нові розділи, присвячені механіці руйнування, яка поряд з поняттям напруги та деформації як основне використовує поняття енергіїруйнування конструкцій. Енергетичний підхід при розрахунку конструкцій є в багатьох випадках необхідним доповненням до традиційного міцності.
Суть цього підходу полягає в наступному: матеріал руйнується, коли пружна енергія деформації, що накопичилася в ньому, стає більш деякою граничною для даного матеріалу величини. Чи не сила, не напруга, як заведено в класичній теорії пружності та сопроматі, а енергія. Засновником такого підходу був А. Гріффітс (докладніше: Зміцнюючі волокна). У 1920 році він вирішив нескладне завдання, з-поміж тих, що стоять у задачниках у розділі «Закон збереження енергії». Таке завдання під силу вирішити школяру. Подумати тільки - вирішив шкільне завдання і став фундатором нового напряму в науці!
Так, завдання було не з найскладніших, і результат далеко не завжди відповідав практиці. Але було головне — була нова і вірна ідея. І було принципово правильне пояснення. А цього вже достатньо, щоби вписати своє ім'я в історію науки.
Самоствердження вченого
Визнання та розуміння прийшли не відразу. Були і глузування, і різкакритика. Із цим, на жаль, у науці доводиться стикатися часто.
Перш ніж вчений прийде до якогось нового твердження, йому треба переконати його правильності головного опонента — самого себе. Це найскладніше. Але коли цю частину роботи зроблено, коли є впевненість у своїй правоті (а повної вона зазвичай не буває, тому що завжди є сумнівні моменти, які можна трактувати по-різному, настає етап переконання інших).
Це теж не так просто — переконати фахівців, які мають свою точку зору з цього питання, яка відрізняється від вашої. Навіть коли опоненти доброзичливі, дискусія далеко не завжди відбувається спокійно.
Ось визнання молодого вченого, який намагався довести правоту свого погляду:
…Бор втовкмачував мені, де я не мав рації… Пам'ятаю, як це скінчилося: у мене бризнули сльози — я розплакався, бо просто не зумів зазнати тиску Бора.
Знамениті рівняння австрійського фізика Л. Больцмана, що описують поведінку газів на молекулярному рівні, не визнавала більшість колег. На чолі опонентів стояв фізик та філософ-ідеаліст Е. Мах. У боротьбі з новою теорією Мах та його оточення використовували не лише наукову дискусію, а й заборонені прийоми, не обираючи у нападках на Больцмана слів та виразів. Це багато в чому сприяло трагічному результату — Больцман наклав на себе руки. А за два роки Мах публічно визнав ідеї Больцмана правильними. За іронією долі, сучасна фізика та аеродинаміка широко використовують і рівняння Больцмана, і число Маха.