Kas ir viskoelastība?

Viskoelastība ir disciplīna, kas cenšas izskaidrot gan materiālu elastīgo, gan viskozo uzvedību. Elastīgo deformāciju var redzēt gumijas joslas darbībā, lai gan metāli un citi materiāli uzvedas būtībā līdzīgi. Viskozitāte attiecas uz to, cik spēcīgi šķidrumi pretojas straujām formas izmaiņām; medus, piemēram, ir ļoti viskozs, jo mēdz lēnām deformēties. Visiem materiāliem, mainot formu, ir daži elastīgi un viskozi efekti.

Viskoelastība būtībā ir vielā esošo molekulu pārkārtošanās. Mazām metālu deformācijām viskoelastīgo efektu bieži var ignorēt. Augstas temperatūras metāliem, koksnei, plastmasai un bioloģiskajiem audiem parasti ir ievērojamas viskoelastības īpašības, kuras nevar nepamanīt.

Papildus gumijas joslām elastīga uzvedība tiek demonstrēta arī atsperēs. Jo tālāk atspere tiek saspiesta, jo lielāks spēks ir nepieciešams, lai to tur noturētu. Atsperes sauc par lineārām, ja saspiešanas apjoma dubultošanai būs nepieciešams divkāršs spēks. Lai gan tas var nebūt pamanāms ar aci, metāli tiek lineāri saspiesti vai izstiepti, kad tiem tiek pielikts spēks. Elastīgie materiāli ātri atgriežas sākotnējā izmērā, kad tiek noņemti visi spēki.

Tīri viskozu uzvedību var saprast, kā medus reaģē uz gravitācijas radīto stresu. Medu var liet no burkas, bet tas kustas ļoti lēni. Tas rodas tāpēc, ka iekšējie spriegumi starp molekulām palielinās līdz ar relatīvo ātrumu starp molekulām. Ātrāka molekulu kustība saskaras ar lielāku pretestību šai kustībai. Viskoziem materiāliem ir no laika atkarīga reakcija uz deformāciju.

Džeimss Klerks Maksvels, skotu fiziķis un matemātiķis, nāca klajā ar modeli, lai aprakstītu viskoelastības fenomenu. Tas izmanto atsperi elastīgiem efektiem un informācijas paneli vai ierīci, kas pretojas kustībai, pamatojoties uz tās ātrumu, lai iegūtu viskozus efektus. Automašīnas balstiekārtas sistēma izmanto šo pašu procesu, izmantojot triecienus kā informācijas paneļus. Lielām deformācijām sistēmā pretojas atsperes, savukārt straujām deformāciju izmaiņām pretojas dashpots. Viskoelastību parasti modelē arī, izmantojot elektriskās ķēdes.

Citas viskoelastības daļas ir šļūdes un stresa relaksācijas sekas. Šļūde ir tad, kad materiālam ir tendence lēnām nokarāties vai deformēties, kad tas tiek ilgstoši pakļauts spēka iedarbībai. Projektējot ēkas, inženieriem jāņem vērā šļūde, jo šļūde var izraisīt materiālu vājināšanos līdz lūzumam. Saistīts efekts, sprieguma relaksācijas fenomens, attiecas uz iekšējā sprieguma samazināšanos materiālam, kas tiek turēts noteiktā formā.