Чврсто је једно од четири стања материје, укључујући плазму, која може постојати у природи. Ово стање материје карактерише чињеница да се опире било којој спољашњој сили која делује на њу да би променила облик и запремину тела. Другим речима, механичке особине чврстих материја су њихове карактеристичне карактеристике.
Прије разматрања механичких својстава крутина, треба рећи да су у својој атомској структури два типа:
У кристалним тијелима је сачуван далекометни поредак, тј. Знајући положај атома у одређеном минималном волумену неке твари, може се описати положај свих осталих атома кристала, при чему се атоми који су у минималном волумену преведу у одређене транслацијске векторе.
У аморфним телима нема дугог реда, али постоји распоред кратког домета у распореду атома, тј. Суседни атоми за дати атом формирају локалну структуру кластера, која је иста за све атоме аморфног тела.
Због разлика у унутрашњој структури кристала и аморфних тела, многе њихове особине су различите, на пример, кристалне супстанце имају специфичну тачку топљења, за аморфна тела ова вредност није константна. Кристале карактерише анизотропија, односно зависност различитих физичких својстава од просторног правца, док су аморфна тела изотропна.
Примери кристала су чврсти оксиди, сулфати, метали, карбиди. Аморфне супстанце укључују стакло, полимере, гуму.
Механичка својства чврстих материја су у великој мери одређена типом хемијских веза које ова тела формирају. Постоје следеће врсте комуникације:
У наставку се наводе механичка својства крутих материја, које се у великој мјери односе на тип везе између њихових саставних честица и тип просторног распореда тих честица.
За разлику од гасова и течности, карактеристична механичка особина чврстих материја је њихова способност да се еластично деформишу. Под еластичном деформацијом подразумева се способност тела да промени свој облик када је изложен спољашњим силама, али онда поново да врати првобитни облик када престане деловање ових сила.
Еластична деформација је описана Хооковим законом. Механичка својства еластичности чврстих материја у генерализованом Хооковом закону имају облик: σ иј = Σ к, л Ц ијкл ε кл , где је σ иј тензор другог реда, Ц ијкл су еластичне константе за дату супстанцу, ε кл је релативни тензор деформације. За линеарни и изотропни случај, на пример, еластично истезање металне шипке, Хооков закон има облик: σ = Еε, где је Е модул Иоунг-а за дати материјал.
Једна од једноставних формула за механичка својства чврстих материја је Хооков закон за опругу, који се може записати као: Ф = - кк, гдје је Ф вањска сила, влачна или компресивна опруга, к је апсолутна вриједност компресије или напетости опруге из равнотежног положаја у одсуству дјеловања спољашња сила, к је еластична константа, која зависи од материјала из кога се израђује опруга, као и од њене дужине.
Према Хооковом закону, могуће је одредити енергију коју опруга складишти промјеном њене дуљине за количину к, која се одређује помоћу формуле: Е = ½кк 2 .
Сваки материјал има одређену границу вриједности релативне деформације, након чега се може или колапсирати или почети пластично деформирати. Под пластичном деформацијом подразумијева се промјена облика тијела, која остаје након престанка вањске силе која га је узроковала.
Нису све чврсте материје пластично деформисане, на пример, тела у којима је хемијска веза ковалентна или јонска су крхка, то јест, након прекорачења границе еластичног напрезања, оне се уништавају. Пластична деформација као механичка својства чврстих материја је изражена у металним материјалима. Метали се могу пластично деформирати на десетине, па чак и на стотине посто без механичких оштећења. Ово својство метала је због њихових посебности цристал латтицес и присуство у њима специјалних атомских структура - дислокација.
Проучавање механичких својстава чврстих материја односи се и на жилавост и савитљивост, које су различите врсте пластичне деформације.
Карактеристике способности неких материјала, као што су метали, да покажу постојану пластичну деформацију за стотине и хиљаде посто без механичког уништавања. Дуктилност вам омогућава да набавите жицу. Не треба мислити да се вискозни материјали не могу срушити, међутим, за разлику од нехлапљивих материјала, њихово уништавање настаје након што њихове деформације досегну велике вриједности.
Дуктилност је важна механичка особина чврстих материја у физици, која карактерише способност пластичног деформисања материјала без уништења као резултат изложености високим притисцима. За разлику од еластичности, која омогућава добијање танких влакана, добра дуктилност омогућава добијање танких плоча. Злато, платина, сребро, бакар и гвожђе имају добру савитљивост.
Крхкост и вискозност су основна механичка својства крутих материја, јер карактеришу процес уништавања датог материјала. Механички квар настаје када вањски напон прелази одређену вриједност, или вриједност деформације постаје значајна. У том случају, материјал се уништава због ширења пукотина у њему, јер се максимални локални напони налазе на врху пукотине.
Класификација крхког и вискозног оштећења заснива се на количини енергије која се апсорбује током тог уништења, а која се дефинира као производ дјеловања напрезања и количине деформације тијела. Примери супстанци које ломе крхке, односно њихова енергија разарања су мале, стаклени и керамички материјали.
Уништавање метала на одређеним температурама је вискозно, односно долази до апсорпције великих количина енергије. Треба напоменути да су температура, као и хемијски састав и структура чврстог материјала, главни фактори који одређују да ли ће разарање бити крхко или вискозно.
Познавање температуре крхког вискозног пријелаза за дати материјал је важно прије употребе овог материјала у било којој конструкцији.
Ако укратко говоримо о механичким својствима чврстих материја, онда не можемо не споменути тврдоћу која карактерише способност тела да се одупре продирању у њу и абразивном трошењу. На пример, дрво се лако може изгребати, што значи да нема велику тврдоћу. Напротив, било који метал је веома тешко огребати, то јест, вредност тврдоће је одлична за то.
Користећи методу "гребања" једног тела другим да се одреди релативна тврдоћа. Чврсте материје, које су формиране ковалентним везама, имају велике вредности тврдоће, а дијамант је најтежи природни материјал.
За проучавање механичких својстава чврстих материја у погледу тврдоће, користе се различите модерне инсталације, чији се принцип деловања састоји у притискању индентера у материјал и затим мерењу дубине његовог увођења под одређеним оптерећењем. На индустријском нивоу, користе се следеће методе за мерење тврдоће: