חומרים מהונדסים.

שלב 1 מתוך 5

מאמץ ועיבור

ביחידה על קשרים ומבנה ראינו ששכבות אטומים במתכת מחליקות זו על זו, ושאטומים זרים בגודל אחר עוצרים את ההחלקה. מהנדסים בודקים חומר במכונת מתיחה: היא מותחת דגם סטנדרטי ומודדת כמה הוא מתנגד.

שני מספרים מתארים את המבחן. עיבור הוא כמה הדגם נמתח, באחוזים מאורכו. מאמץ הוא הכוח על כל יחידת שטח של החתך, בפסקלים: מגה־פסקל, MPa, הוא ניוטון לכל ממ״ר. בהתחלה הם יחסיים זה לזה, כמו בקפיץ: זה חוק הוק, $\sigma = E\varepsilon$$\sigma =$$E\varepsilon$⁠, ו־$E$⁠, מודול יאנג, אומר כמה החומר קשיח. לפלדה רכה E = 200 GPa.

בסצנה פלדה רכה נמתחת ב־0.1%. מה המאמץ בה?

שלב 2 מתוך 5

מעבר לכניעה

מעבר למאמץ מסוים, כ־275 MPa בפלדה רכה, המתכת נכנעת: גרגרי הגביש שבה מתחילים להחליק, והיא נמתחת הלאה בלי הרבה כוח נוסף. בסצנה הפלדה נמתחה ב־12%. נבאו מה יקרה כשנעביר את מלחציים לשחרור.

שלב 3 מתוך 5

שביר וחזק

חומר מרוכב בנוי משני חומרים: סיבים קשיחים שנושאים את המשיכה, ודבק פולימרי שמחלק אותה ביניהם. בסצנה סיבי פחמן. נסו להגדיל את מתיחה מעבר ל־1%, ואז השוו לפלדה רכה: סיבי הפחמן נקרעים בבת אחת, בלי שום אזהרה, והפלדה נמתחת יותר מרבע מאורכה לפני שהיא נקרעת.

שלב 4 מתוך 5

חוזק לעומת משקל

חוזק המתיחה הוא המאמץ הגבוה ביותר שחומר עומד בו. במטוס, באופניים ובמכונית חשוב גם המשקל, ולכן משווים את החוזק הסגולי: חוזק המתיחה חלקי הצפיפות. לפלדה רכה הוא כ־55 kN·m/kg, כלומר 430 MPa חלקי 7.85 g/cm³.

שלב 5 מתוך 5

חוזרת למקומה

NiTi, סגסוגת של ניקל וטיטניום, מתנהגת אחרת. התקרבות פנימה עומדת על פנים החומר. כשמותחים אותה, שורות האטומים בגבישים שלה עוברות ממבנה קובייתי למבנה אחר, ארוך ומוטה, וכך היא נמתחת עד 6% בערך בלי שאטומים יחליקו. בסצנה היא נמתחה ב־5%. נבאו מה יקרה כשנעביר את מלחציים לשחרור.