IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017

Типичный реологический процесс - это сравнительно медленное течение вещества, в котором обнаруживаются упругие, пластические или высокоэластические свойства. Реологические явления проявляются во многих природных процессах и в большом числе технологических. Очень многочисленны вещества, участвующие в таких процессах: это породы, составляющие земную кору, магма, вулканическая лава, это нефть и глинистые растворы, играющие важнейшую роль в добыче нефти; влажная глина, цементная паста, бетон и асфальтобетон (смесь асфальта и песка, которой покрывают тротуар), это масляные краски - смесь масла и частиц пигмента; это растворы и расплавы полимеров в процессе изготовления нитей, пленок, труб путем экструзии; наконец, это - хлебное тесто и тестообразные массы, из которых изготовляют конфеты, сосиски, кремы, мази, зубные пасты, это твердое топливо для ракет; это, наконец, белковые тела, например, мышечные ткани. В этот не полный перечень "реологических" сред входят как тела, которые естественно считать твердыми (бетон), так и жидкие - нефть.

Можно провести опыт с высокомолекулярным раствором полиэтиленоксида в воде. Если, наклонив стакан А, начать переливать из него раствор в нижний стакан Б (рис. 1), а потом аккуратно вернуть стакан А на место, то окажется, что тонкая струйка раствора продолжает перетекать из верхнего стакана в нижний: интересно, что эта струйка сначала поднимается вверх по вертикальной стенке стакана А, а затем, переливается через край и стекает вниз, в стакан Б - это своеобразный сифон, но без сифонной трубки.

Совсем простой опыт невольно ставит тот, кто испачкал пальцы смолой, резиновым клеем или густым сахарным сиропом: попытка разлепить пальцы приводит к образованию упругих нитей, которые вытягиваются из текучей среды. Именно так образуется паутина и шелковая нить.

Реология позволяет понять, что при быстрых воздействиях все тела ведут себя как твердые, при медленных - текут. Но понятия "быстрый" и "медленный" для разных сред различны. Удар о воду на скорости 200 км/час мало чем отличается от удара об асфальт - вода ведет себя как твердое тело (ее текучесть не успевает проявиться). Железобетонный столб, косо прислоненный к стене, через месяц оказывается кривым - бетон течет; струны на гитаре, оставленные в натянутом состоянии, снижают тон - в результате медленного течения материала их длина чуть-чуть увеличилась, соответственно, уменьшилось натяжение - их приходится подтягивать. Горные породы за геологические периоды сминаются в складки - образуются горные системы. Без вычислений ясно, что диапазон времен в реологических явлениях простирается от долей секунды до миллионов лет.

Итак, механические свойства разных реологических сред, во-первых, весьма разнообразны, и, во-вторых, оказываются существенно различными в зависимости от условий нагружения.

Очень многие реологические среды являются дисперсными системами двух или трех фаз: это мелкие твердые частицы, распределенные в вязкой жидкости (суспензия или гель, если твердая фаза преобладает), или это мелкие капельки одной жидкости в другой - эмульсия, или пузырьки воздуха в жидкости (пена), и т.д. Но, тем не менее, реология рассматривает такую среду как однородную, но обнаруживающую такие же механические свойства, как и те, что установлены в опытах с реальным конкретным материалом. Этот подход, характерный для механики сплошных сред, позволяет избежать трудностей, связанных с изучением механизмов взаимодействия фаз, и сравнительно просто описать основные черты поведения реологических сред при воздействии на них заданных нагрузок. Такие теории называются феноменологическими.

Реология позволяет понять, что при быстрых воздействиях все тела ведут себя как твердые, при медленных – текут. Но понятия «быстрый» и «медленный» для разных сред различны. Удар о воду на скорости 200 км/час мало чем отличается от удара об асфальт – вода ведет себя как твердое тело (ее текучесть не успевает проявиться). Железобетонный столб, косо прислоненный к стене, через месяц оказывается кривым – бетон течет; струны на гитаре, оставленные в натянутом состоянии, снижают тон – в результате медленного течения материала их длина чуть-чуть увеличилась, соответственно, уменьшилось натяжение – их приходится подтягивать. Горные породы за геологические периоды сминаются в складки – образуются горные системы. Без вычислений ясно, что диапазон времен в реологических явлениях простирается от долей секунды до миллионов лет.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Садовский М.А., Болховитинов Л.Г., Писаренко В.Ф. Деформирование геофизической среды и сейсмический процесс (М.: Наука, 1987)

2. Соболев Г.А. Основы прогноза землетрясений (М.: Наука, 1993)

3. Гуфельд И.Л. и др. Геодинамика и тектонофизика 2 378 (2011)

4. Бучаченко А.Л. УФН 184 101(2014) [Buchachenko A.L. Phys. Usp. 57 (1)(2014)]

5. Geller R.J. Nature 352 275 (1991)

6. Николаевский В.Н. в кн. Райс Дж. Механика очага землетрясения (М.: Мир. 1982) С.133

7. Кольская сверхглубокая (гл. ред. Козловский Е.А.) (М.: Недра, 1984)

8. Гзовский М.В. Основы тектонофизики (М.: Наука, 1975)

9. Добровольский И.П. Теория подготовки тектонического землетрясения (М.: ИФЗ РАН, 1991)

10. Садовский М.А., Писаренко В.Ф. Сейсмический процесс в блоковой среде (М.: Наука, 1991)

11. Ребецкий Ю.Л. в сб. Флюиды и геодинамика (ред. Леонов Ю.Г., Киссин И.Г., Русинов В.Л.) (М.: Наука, 2006) С.120

12. Короновский Н.В., Наймарк А.А. Вестник МГУ, сер. Геология, 6 (2012)

13. Гуфельд И.Л. Вестник РАН 83 236 (2013)

Код для цитирования: Скопировать