ठोस के यांत्रिक गुणों को परिभाषित करने वाले महत्वपूर्ण अनुपात: ठोस तनाव का लोचदार व्यवहार लोचदार विरूपण और तन्य शक्ति, तनाव-समय वक्र, स्थिर संपीड़न और तन्य शक्ति। हम विभिन्न तन्य शक्तियों, संपीड़ितता में परिवर्तन, रेंगना प्रतिरोध, ठोस के यांत्रिक गुणों, लोचदार मापांक, तनाव-तनाव संबंध और तन्य शक्ति के संदर्भ में ठोस पदार्थों के गुणों का अध्ययन करेंगे। यह लेख कवर करेगा:
लोच और तन्य शक्ति। ठोस को अणुओं के “मिश्रण” के रूप में माना जा सकता है जिसमें पानी, कार्बन डाइऑक्साइड और अक्रिय गैस शामिल नहीं हो सकते हैं। अणु का विद्युत आवेश धनात्मक या ऋणात्मक हो सकता है। कुछ प्रकार के अणु लोच और तन्य शक्ति प्रदर्शित करते हैं; अन्य संपीड़ित या तन्य शक्ति प्रदर्शित करते हैं।
ठोस के यांत्रिक गुणों का वर्णन करने में तनाव-समय वक्र और तन्य शक्ति उपयोगी होती है। पहला तन्य बिंदु (I = 0), जहां एक अणु पूरी तरह से संकुचित होता है, समय के पैमाने पर पहला वक्र बनाता है। जैसे-जैसे अणु उच्च तन्यता शक्ति की ओर बढ़ता है, वक्र अधिक ऋणात्मक होता जाता है। एक अणु में केवल एक तन्य शक्ति स्तर हो सकता है। तन्य शक्ति को पाउंड प्रति वर्ग इंच में मापा जाता है।
इलास्टोमेरिक पदार्थों में लोचदार विरूपण के दो अलग-अलग अनुरूप होते हैं। पहला विस्कोस-लोचदार फोम है, जिसमें आणविक डाइसल्फ़ाइड बांड और गैर-बंधुआ बहुलक श्रृंखलाएं शामिल हैं। दूसरा अनुरूप बल्क फाइबर या ठोस इलास्टोमेरिक रूप है। लोच की चार प्रमुख श्रेणियां हैं: ठोस, उदाहरण के लिए, तन्य शक्ति, कठोरता और लोचदार मापांक, ठोस के चिपकने वाले और यांत्रिक गुणों का उपयोग करके प्लास्टिक मॉडल के तन्य शक्ति माप से प्राप्त किया जा सकता है। चिपकने वाले पॉलीयूरेथेन, कॉर्क पाउडर, या अन्य गोंद प्रकार की सामग्री हैं। ठोस पदार्थों की एक यांत्रिक संपत्ति, आमतौर पर तन्य शक्ति, डिवाइस की किसी भी स्थिति में ताकत है। एक मॉडल को विभिन्न स्थानों पर आयोजित किया जाता है जबकि एक मापने वाले उपकरण का उपयोग मॉडल पर कार्य करने वाले बल के मूल्य को निर्धारित करने के लिए किया जाता है। यह बल डिवाइस की लंबाई के साथ, अटैचमेंट के आर-पार और डिवाइस के केंद्र के माध्यम से लगाया जाता है। माप उपकरण को तन्यता माप कहा जाता है।
एक मॉडल को लंबाई, चौड़ाई और सतह के साथ किसी भी बिंदु पर विकृत किया जा सकता है। परिवर्तनों को संभावित ऊर्जा में परिवर्तन के रूप में दिखाया जाता है, जिसे अधिकतम और न्यूनतम विद्युत आवेशों के रूप में या संवेग में परिवर्तन के रूप में व्यक्त किया जाता है। स्थितिज ऊर्जा एक प्रणाली की गतिज ऊर्जा और स्थितिज ऊर्जा का एक संयोजन है। ठोस पदार्थों के यांत्रिक गुणों के उपयोग को अन्य विधियों के साथ जोड़ा जा सकता है, जैसे किसी मॉडल के यांत्रिक गुणों को प्राप्त करने के लिए सतह चार्ज डेटा, और फिर परीक्षण किया जाता है।
ठोस के यांत्रिक गुणों का एक लोकप्रिय अनुप्रयोग स्प्रिंग्स की ताकत का परीक्षण कर रहा है। स्प्रिंग्स का उपयोग अक्सर ऑटोमोबाइल और एयरोस्पेस डिजाइनों में किया जाता है, और उनके यांत्रिक गुणों को अच्छी तरह से जाना जाना चाहिए ताकि डिजाइनर उन्हें ठीक से शामिल कर सकें। वसंत तनाव को निर्धारित करने के लिए इंजीनियर विभिन्न तरीकों का उपयोग करते हैं। इस प्रक्रिया में पहले टोक़ का निर्धारण करना, फिर वसंत में बलों को लागू करना और अंत में वसंत के माध्यम से कार्य करने वाले बल की गणना करना शामिल है।
ठोस के यांत्रिक गुणों का विश्लेषण कई अलग-अलग तरीकों से किया जा सकता है। तन्य शक्ति परीक्षण नामक एक विधि का उपयोग कंप्रेसिव लोड का उपयोग करके ठोस पदार्थों के यांत्रिक गुणों को निर्धारित करने के लिए किया जाता है। डिवाइस के रोटेशन की दिशा को उलटते हुए लोड के उन्मुखीकरण के साथ लोड को एक विशेष कोण पर रखा जाता है। लोड, एक मापने वाले उपकरण के संयोजन में, वसंत को एक उपयोगी आकार में खींचने का कारण बनता है। तन्य शक्ति सूत्र का उपयोग करके, इंजीनियर किसी विशेष वसंत की तन्यता ताकत निर्धारित करने में सक्षम होते हैं।
एक अन्य प्रकार का यांत्रिक गुण परीक्षण किसी सामग्री के रेंगने वाले व्यवहार पर आधारित होता है। क्रॉलिंग सामग्री एक यादृच्छिक पैटर्न का पालन करती है, जिससे यांत्रिक गुणों की पहचान करना मुश्किल हो सकता है। रेंगने वाले व्यवहार को निर्धारित करने के लिए इंजीनियर विभिन्न प्रकार की परीक्षण प्रक्रियाओं का उपयोग करते हैं। वे एक तनाव गेज का उपयोग कर सकते हैं, या अन्य परीक्षण कर सकते हैं जैसे कतरनी बल लागू करना, संपीड़ित करना या खींचना, और इसी तरह। इन सभी तकनीकों को सामग्री परीक्षण की सटीकता बढ़ाने के लिए डिज़ाइन किया गया है।
ठोस पदार्थों के यांत्रिक गुणों को निर्धारित करने के लिए कुछ भौतिक परीक्षणों का भी उपयोग किया जा सकता है। धातुओं, प्लास्टिक और सभी प्रकार के कंपोजिट पर कंप्रेसिव टेस्ट लागू किए जा सकते हैं। ये परीक्षण तब कंपोजिट के यांत्रिक गुणों को निर्धारित करेंगे। विभिन्न सामग्री एक साथ कैसे काम करती है, इसकी बेहतर समझ प्राप्त करने के लिए इंजीनियर विभिन्न अनुप्रयोगों में विभिन्न प्रकार के परीक्षणों का उपयोग कर सकते हैं।
ठोस पदार्थों के यांत्रिक गुणों का परीक्षण करने के तीसरे तरीके में किसी पदार्थ को गर्म करना और उसकी प्रतिक्रिया का आकलन करना शामिल है। ठोस अपनी आणविक संरचना के आधार पर विभिन्न तरीकों से गर्मी का विरोध करते हैं। कुछ पदार्थ गर्मी में दूसरों की तुलना में तेजी से पिघलते हैं, जबकि अन्य बिल्कुल भी नहीं बदलते हैं। एक सामग्री को गर्म करके और उसकी प्रतिक्रिया का अनुमान लगाकर, इंजीनियर ठोस पदार्थों के यांत्रिक गुणों को निर्धारित कर सकते हैं।
परीक्षण की अंतिम प्रमुख श्रेणी तरल पदार्थों के साथ की जाती है। ठोस पदार्थों के यांत्रिक गुणों के परीक्षण की यह विधि लगभग उतनी ही लंबी है जितनी परीक्षण विधियों में है। यह एक तरल पदार्थ में आणविक विकार की डिग्री के खिलाफ चालकता की दर की तुलना करता है। उच्च स्तर के विकार वाले ठोस उच्च चालकता दर दिखाते हैं। यदि चालकता की दर द्रव में आणविक विकार की डिग्री से कम है, तो यह इंगित करता है कि सामग्री कठोर है। यह ठोस पदार्थों के यांत्रिक गुणों के परीक्षण का मानक तरीका है।
कुछ अन्य चीजें हैं जो ठोस पदार्थों के यांत्रिक गुणों का परीक्षण करने के लिए की जा सकती हैं, लेकिन वे आमतौर पर पहले बताए गए तीन परीक्षणों में से एक पर निर्भर करती हैं। तीनों विधियाँ लगभग एक ही समय में परिणाम देती हैं, जिससे यह पुष्टि करने में मदद मिलती है कि पहचान सही है या नहीं। एक अन्य विधि का उपयोग किसी द्रव की श्यानता की जांच करने के लिए किया जाता है। एक चिपचिपापन परीक्षण एक तरल पदार्थ की मोटाई को उस पर बल लगाकर और विवर्तन की दर निर्धारित करके मापता है।
सामग्री की ताकत निर्धारित करने के लिए तीसरे परीक्षण का उपयोग किया जाता है। इस प्रकार के परीक्षण से सामग्री के यांत्रिक गुणों की तुलना अन्य सामग्रियों से की जा सकेगी, जिनका आकार, आकार और वजन समान है। अक्सर सामग्रियों की ताकत को उनके रोजमर्रा के उपयोग से जोड़ा जा सकता है। उदाहरण के लिए, बेसबॉल के बल्ले में बॉलिंग बॉल से अलग संरचनात्मक ताकत होती है। यह निर्धारित करने का एक तरीका है कि कौन सी विशेष सामग्री सबसे अच्छी है।
ठोस पदार्थों के यांत्रिक गुणों के परीक्षण के लिए कई अलग-अलग तरीके हैं। इन परीक्षणों ने इंजीनियरों को बेहतर सामग्री डिजाइन करने और विभिन्न उपयोगों के लिए मजबूत समाधान के साथ आने में मदद की है। जबकि ठोसों के यांत्रिक गुणों का परीक्षण उनके विकास के विभिन्न समयों पर किया जा सकता है, उन्हें निष्पादित करने का सबसे अच्छा समय तब होता है जब ठोस अभी भी अपने प्रारंभिक रूप में होते हैं। यह सुनिश्चित करता है कि परीक्षण की प्रक्रिया के दौरान गुणों में कोई परिवर्तन न हो। जब सामग्री ठोस होती है और आसानी से जांच की जा सकती है, तो अलग-अलग कणों पर यांत्रिक गुणों के विभिन्न प्रभावों की तुलना करना आसान हो जाता है। यह इंजीनियरों को एक परियोजना के लिए उपयोग की जाने वाली सर्वोत्तम सामग्री के बारे में निर्णय लेने में मदद करता है।