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时间:2020-05-16
《初中物理 趣味故事74 危险的信号素材 新人教版.doc》由会员上传分享,免费在线阅读,更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、74危险的信号 1943年1月,天气非常寒冷。一艘美国新造的巨型油轮正在交付使用,突然发生了事故:油舱不可思议地裂为两截。据当事人回忆,油舱断裂前有一种嚓嚓的声响。这声响和那灾难是否有关系呢? 在生活中也常见到类似的现象:儿童攀登树木,当树杈发出“咯吱”“咯吱”的声响时,危险就要来临了;有经验的矿工听到坑木的某种声音,便知道要发生事故;老农把西瓜拿到耳边,用手一按,根据西瓜受压以后发出的声音,就能判断西瓜的生熟。 在金属世界,也会发生类似的现象:如果找到金属锡,你不妨用两手反复地弯曲它,听!它“噼啪”、“噼啪”地提抗议了,这就是“锡鸣”。 精确的科学实验证明,材料承受机
2、械负载时,它的内部会发射声波(包括听不见的次声波和超声波)。这种现象就叫声发射。强的声发射人耳可以听到,一般的声发射,我们是听不到的。 油舱断裂前的嚓嚓声绝非偶然,它是一种声发射。许多重型机械与大型工程结构发生断裂之前都有过类似的嚓嚓声。尤其严重的是,这些机械往往没有超载,事故是在安全应力下发生的。嚓嚓声是多么危险而又多么重要的信号啊!那么,能不能利用声发射来预测断裂呢? 50年代初,德国科学家凯塞尔在做金属拉伸实验时,发现金属试样变形会发出微弱的声音。这些微弱的声响使他想起了巨轮断裂等一系列事故,便对金属在拉伸或其他变形中的声发射现象进行了深入的研究。 凯塞尔和他的同事
3、们发现,金属在塑性变形时发出的声响是由于内部产生位错运动而引起的。 要说明位错运动,就要从晶体结构谈起。 不计其数的固态物质共分两大家族,金属所属的家族名曰:“晶体”,食盐、水晶、冰都是晶体。晶体中的分子、原子或离子是按照一定规则排列的,好像运动场上的运动员表演“叠罗汉”,每个运动员在空间都有一定的位置。叠罗汉的队形尽管琳琅满目,即都是由那些“罗汉”组成。晶体分子、原子或离子的“队形”,叫做晶格。在金属中的分子或原子虽每“人”都有一定的位置,但总有少量不守纪律者站错了队,而且在其中“暗藏”着外来的“奸细”——杂质。这些地方就是“位错”,在那里隐藏着内部的“破坏分子”。堡垒是
4、最容易从内部攻破的,而位错则是个缺口。倘若有外力加在构件上,位错的地方就会出现裂口。“千里之堤,溃于蚁穴”,位错的运动往往导致裂纹和断裂。 重要的是,位错的运动并不是默不作声的,那些“破坏分子”的运动会产生音响,这就是声发射。既然位错运动是断裂的前提,而声发射又是位错引起的,利用声发射来预测断裂,查找缺陷,防止事故,当然是可以的。问题并不那么简单,金属的声发射信号远比周围的噪声微弱,而且有相当多是超声与次声,靠我们的耳朵去听,常常听不到,或者到时已经无力挽救了。 到了60年代,由于技术有了较快的发展,利用电子技术已经能把声发射信号和环境声区别开。电子“耳朵”能“听”到位错的
5、动静,于是产生了理论的声发射检测技术。近十年来,声发射技术发展较快,在航空、航天、原子能以及金属加工方面大显身手;在巨大的高压容器、发动机和核反应堆旁,声发射监测器正在默默无声地工作着,保卫着人们的安全。
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