Это фотографии разрушений и воздействия различных видов вооружения, примененного неизвестно кем, неизвестно где, неизвестно когда. Просто интересные фотографии, которые можно использовать для создания реалистичных игр и фильмов про пост-апокалипсис. Запрещено воспринимать в политическом контексте.
Это случилось вечером 15 ноября 1988 года. Оператор радиотелескопа обсерватории Грин-Бэнк (Западная Виргиния, США), заступил на очередное дежурство. Своей работой учёный гордился – ещё бы, ему повезло работать с самым большим в мире радиотелескопом с полностью подвижной антенной! Чудовищных размеров «тарелка» – диаметром с футбольное поле и высотой в 25-этажный дом – медленно разворачивалась для наведения на нужный участок звёздного неба. Грег Монк (так звали оператора) включил приёмно-усилительную аппаратуру, заправил бумажные ленты в самописцы...
Радиотелескоп Грин-Бэнк, 60-е годы
Радиотелескоп Грин-Бэнк был построен в 1962 году в самом центре так называемой «Национальной зоны радиомолчания» в США. В этой местности строго запрещены любые мощные радиопередатчики; да что там радиопередатчики – даже беспроводные телефоны, микроволновые печи и вай-фай роутеры! Такая «радиотишина» нужна именно для работы телескопа, слушающего сигналы из самых далёких уголков Вселенной.
Именно исследования на телескопе Грин-Бэнк позволили определить форму и размеры нашей Галактики, а также выдвинуть гипотезу о существовании тёмной материи. К 1988 году телескоп морально устарел, но работал отлично. Прочнейшая стальная конструкция была рассчитана на ветер со скоростью 130 км/час и нагрузку до 400 тонн выпавшего снега!
...Часы показывали 21 час 43 минуты. Внезапно оператор услышал громкий треск, а затем – низкий раскатистый грохот, «как будто прямо над головой пролетает реактивный самолёт». В лабораторию влетел неизвестно откуда взявшийся здоровенный кусок стали – подобно артиллерийскому снаряду, он разнёс вдребезги туалет, а затем и систему подачи электричества. Все приборы отключились. Потолок начал угрожающе прогибаться вниз.
Грэг Монк еле успел выскочить из помещения. Во дворе стояла машина учёного – её тоже прошило насквозь стальными обломками! На глазах у выбегающих сотрудников обсерватории 90-метровая антенна оседала, сминалась, скрючивалась, будто гигантский лопнувший гриб, «будто она была сделана не из стали, а из сахара» – как впоследствии вспоминал один из очевидцев. Через 5 минут на месте одного из лучших в мире радиотелескопов лежала бесформенная груда металлических конструкций...
Вот где это произошло
Что же произошло? Почему прочнейшая сталь вдруг «дала слабину»? Расследование показало: всему виной стала трещина в одной из стальных опорных пластин телескопа; причиной трещины стала так называемая «усталость металла». Да-да, металл тоже может уставать – под воздействием циклических нагрузок или вибраций его прочность медленно падает, а затем, в какой-то момент металл разламывается. Обрушение радиотелескопа Грин-Бэнк – далеко не единственная катастрофа, виной которой стала усталость металла; можно вспомнить и страшное крушение поезда в 1842 году во Франции, и катастрофу самолёта «Де Хэвилленд Комет» в 1954 году (он внезапно развалился в воздухе), и обрушение пешеходного моста в Пушкино в 1977 году, и аварию 2009 года на Саяно-Шушенской ГЭС...
Руины антенны радиотелескопа в Грин-Бэнк
Как «работает» усталость металла? Возьмите старую тонкую пластмассовую линейку. Если согнуть её в дугу, она не сломается; однако если мы согнём и разогнём её с десяток раз, а потом возьмём увеличительное стекло, то увидим на пластике крохотные «жилки» – трещинки. Согнём и разогнём линейку ещё раз 50 – и маленькие трещинки сольются в одну большую, по которой линейка развалится пополам. Сталь многократно прочнее пластмассы – однако механизм действия практически тот же самый: нагрузка то есть, то её нет, то снова есть – и так десятки тысяч раз подряд. Образуются микротрещины, их становится всё больше и больше, наконец, деталь не выдерживает и раскалывается.
Новый радиотелескоп Грин-Бэнк
История с телескопом Грин-Бэнк закончилась благополучно. Во-первых, при катастрофе никто не погиб. Во-вторых, власти США смогли найти необходимые средства, и в 2001 году в строй вступил новый радиотелескоп обсерватории Грин-Бэнк – тоже с полноповоротной антенной, только диаметром уже 100 метров. Однако катастрофы, связанные с усталостью металла, заканчиваются «хорошо» далеко не всегда...
Среди всех наук в мире самой трудной и нудной считается сопромат – то есть сопротивление материалов. Почему? Прежде всего потому, что в ней объединяются как минимум четыре научные дисциплины: математика, теоретическая механика (ещё одно пугало для студентов – «тер-мех»), физика сплошных сред (одно название чего стоит!) и материаловедение. Испугались? Страшно?
А ведь на самом деле с основами сопромата вы прекрасно знакомы. Да, скорее всего вы не умеете производить сложные расчёты, строить графики внутренних напряжений («эпюры») и так далее. Но очень многие основы этой науки вам отлично известны, причём некоторые – с детского сада.
Самый первый «учебник по сопромату», с которым в возрасте примерно 3-4 лет сталкивается практически каждый ребёнок – это... сказка «Три поросёнка». Помните? Ниф-Ниф строит себе домик из соломы, Нуф-Нуф – из веток, а Наф-Наф – из камня. Вот вам и первый закон сопромата, самый простой – прочность предмета зависит от материала, из которого изготовлен данный предмет.
А продолжая изучать сопромат, можно наткнуться на множество интереснейших вещей! Ну например: оказывается не существует такого понятия, как «прочность». Не бывает в природе «прочности вообще»! А бывает: «прочность на разрыв», «прочность на растяжение», «прочность на изгиб», «прочность на удар», «статическая прочность», «динамическая прочность» и даже «усталостная (да-да, неживая материя тоже может уставать) прочность».
Немножко пересочиним нашу сказку про трёх поросят. Один из поросят, пускай это будет Ниф-Ниф, решил построить себе домик из бумаги! Бумага это прочный материал или нет? Обычно дети и даже большинство взрослых в ответ на этот вопрос смеются – ну какая может быть прочность у бумаги? А вот и нет! Традиционные дома в Японии представляют собой ажурный деревянный каркас, на котором крепятся панели «сёдзи», сделанные из... бумаги! Из японской бумаги, которая называется «васи». И дома эти отличаются вполне себе недурной прочностью. Как же так?
Традиционный японский дом из бумажных панелей сёдзи
Проведём опыт. Возьмите обычный тетрадный лист. Сможете разорвать его пополам? Да легче лёгкого: берём лист двумя руками, одну руку тянем на себя, вторая на месте – и лист разлетается на две половинки!
Продолжим. Берём в точности такой же тетрадный лист, но пытаемся разорвать его, растягивая поперёк. То есть действуем руками не «вперёд-назад», а «вправо-влево», как будто растягиваем резинку. Вы тут же почувствуете, что разорвать бумажный лист таким образом уже намного труднее, и сил приходится прилагать намного больше!
Теперь третья часть опыта, самая трудоёмкая. Возьмём собранную из деревянных реек квадратную шарнирную рамку – с не туго затянутыми винтами, то есть так, чтобы рамку можно было свободно сдвигать-раздвигать руками «в ромбик».
Берём всё тот же самый тетрадный лист и наклеиваем на рамку. Даём высохнуть. Попробуйте теперь сжать и деформировать рамку! Это окажется ещё сложнее – такое впечатление, что внутри рамки приклеенный бумажный лист вдруг неожиданно «набрался сил», стал ещё жёстче, крепче! (А японская бумага «васи» толще и прочнее нашей обычной бумаги; так что стены из панелей «сёдзи» на самом деле совсем не «хлипкие»!)
А вот вам другой пример «из той же оперы» – алмаз. Вы, наверное, не раз слышали, что алмаз – это самый твёрдый на Земле камень. Это на самом деле так и есть – твёрдость алмаза по шкале Мооса равняется 10, это самый твёрдый материал на планете. Но означает ли это, что его невозможно разрушить? Ни в коем случае. Даже не самый сильный удар металлическим предметом способен расколоть алмаз на мельчайшие осколки! Вот тебе и «самый твёрдый»... А вывод – это второй закон сопромата: прочность предмета зависит от того, каким именно нагрузкам он подвергается.
Хотите ещё? Возьмём достаточно длинную деревянную рейку квадратного сечения и уложим её краями на два табурета – так, чтобы получился «мостик». В центре этого мостика уложим груз – тяжёлый, но не настолько, чтобы нашу рейку сломать. Под действием груза рейка прогнётся дугой:
Теперь мысленно разделим эту рейку на тонкие горизонтальные слои. Нетрудно понять, что под нагрузкой верхний слой рейки сдавливается, а нижний – наоборот, растягивается. А средний слой? А средний слой «отдыхает», он деформируется совсем мало... То есть разные «слои» нашей деревянной рейки под нагрузкой «работают», «напрягаются» с разной силой! А это значит, что недогруженную «серединку» нашей рейки мы можем совершенно спокойно сделать более тонкой – не теряя при этом общей прочности!
Посмотрите на настоящие строительные металлические конструкции (балки). Часто ли вы видите, чтобы они делались из «сплошных», квадратных или прямоугольных в сечении элементов? Нет. Намного чаще мы видим детали в форме уголка (буквой «Г»), швеллера (буквой «П»), «тавра» (то есть буквой «Т») и «двутавра» (в русском языке такой буквы нет, зато есть японская буква «エ»). Или даже вообще в форме полой металлической трубы! Почему?
Швеллер и двутавровые балки
Мы не будем приводить здесь расчёты и формулы – они слишком сложны; надеемся, вы поверите нам на слово. Однако оказывается, что стальная пустая внутри трубка диаметром 14 миллиметров и сплошной стальной круглый прут диаметром 10 миллиметров по прочности совершенно одинаковы. Но при этом пустотелая трубка в пять раз легче сплошного прутка! Вот вам и третий закон сопромата: прочность любого предмета под нагрузкой зависит от его формы.
Применение законов сопромата позволяет инженерам создавать конструкции одновременно лёгкие и прочные. При этом учитывается и конструкционный материал, и форма, и характер приложенных нагрузок. Скажем, пошли вы на концерт любимой группы на стадион. Посмотрите – повсюду висят сверхмощные звуковые современные колонки, так называемые «линейные массивы». Каждый такой массив может весить полторы-две тонны, а то и больше – как машина-внедорожник! Но подвешен такой линейный массив на ажурной, практически «воздушной» ферме из лёгкого алюминиевого сплава.
Многотонные акустические линейные массивы подвешены на легких алюминиевых фермах
Из таких ажурных ферм сценические техники могут за считанные часы возводить сложнейшие и очень прочные конструкции – с «колоннами», «стенами» и «крышами», для подвеса самых разных звуковых колонок и световых приборов. Между прочим, современные многолучевые прожекторы могут весить по 50 килограмм каждый – а их на концерте задействован не один десяток! А лёгкие фермы, так похожие на детали от конструктора (только большие), весь этот многотонный вес держат без проблем. А всё благодаря сопромату...
Ажурные фермы кажутся хрупкими и ненадёжными, но на самом деле очень прочны
Помните про прочность паутины? В соревновании на лучшие механические свойства ее побеждает другой биоматериал - зубы морских блюдечек. Эти моллюски питаются при помощи радулы — выступа, похожего на язык с мелкими зубцами, которые нужны, чтобы соскребать водоросли с камней.
Герой повествования собственной персоной
Блюдечки всю жизнь пробуют камни на зуб, но зубы прочнее. В 2015 году выяснилось, что они выдерживают порядка 5 гигапаскалей на разрыв. Примерно в 50 тыс. раз выше атмосферного давления на уровне моря.
Радула в Ч/Б
Это самый прочный из известных биоматериалов. Причем в его основе обыкновенный хитин, которого полно в панцирях ракообразных, насекомых и даже в клеточных стенках грибов. Однако у блюдечек он хитрым образом сочетается с нанокристаллами оксида железа. И вот недавно исследователям удалось воссоздать зубы блюдечка искусственно, и теперь они пытаются расширить производство. В случае успеха у нового материала будет множество применений: от бронежилетов до невероятно прочных альтернатив пластику.
Привет пикабушники и пикабушницы, сейчас учусь на втором курсе тех. университета, начался сопромат, прошу вас посоветовать какой-нибудь хороший учебник/справочник или интернет-ресурс для изучения сего веселого предмета, заранее благодарю !
Один батюшка строил храм. И всё вроде бы шло неплохо, вот только всё время падала колокольня. Построят - упадёт, построят - упадёт. И пришёл к нему однажды во сне ангел божий и сказал: вмуруй в фундамент жену свою, и в веках простоит храм твой. Жену свою батюшка любил, но Господа любил стократ больше. И вот, погоревал он, попрощался с женой да и вмуровал её в фундамент. И до сих пор стоит храм тот. А вот колокольня всё равно упала, потому что сопромат не на*бёшь.
Из-за крайне неудачного крепления ножек с ними происходит вот что:
И это не только у нас в подсобке, где относительно высокая проходимость. Знакомый отдал мне домой такой же стул и рекомендовал никогда не вставать на него.