Сравнение прочности композитной трубки и трубки из бумаги.
Для сравнения я сделал такие же трубки из той же бумаги, но без клея ПВА. Чтобы трубки не разматывались – закрепил край бумаги скотчем.
Всего я сделал две композитных трубки, и две трубки из обычной бумаги. Стенка каждой трубки состоит из 6 слоёв бумаги. Длина трубок 10 см. Вес каждой трубки – менее двух граммов, причём композитная трубка весит всего на 1/10 грамма больше, чем трубка, сделанная без клея ПВА.
Чтобы сравнить прочность композитной и обычной трубки, их можно сжимать, бить, растягивать. Действительно, пытаясь сжать или согнуть трубки руками, сразу чувствуешь, что композитные трубки прочнее; но как в домашних, не лабораторных, условиях измерить – насколько? Ни в литературе, ни в Интернете я не нашёл описания подобного опыта.
Подумав, я решил, что в домашних условиях из всех физических воздействий наиболее доступно испытание нагрузкой. Разработал план эксперимента: положить на две вертикально установленные трубки полочку и нагружать её блинчиками от гантелей, постепенно увеличивая вес груза и записывая результаты в журнал эксперимента.
Так как полка на двух трубках устойчиво стоять не будет, я собрал экспериментальную установку, обеспечивающую устойчивость полки при нагружении (Рисунок Б.1).
Ход эксперимента:
1. С бумажными трубками. Постепенно, начав с 1 кг, увеличивал вес груза на полке. При нагрузке 6 кг трубки смялись, и полка вместе с грузом упала на пол (Рисунки Б.2-Б.8). Результаты записал в Журнал эксперимента (Приложение А).
2. С трубками из композиционного материала. Постепенно, начав с 5 кг, увеличивал вес груза на полке. (Рисунки В.2-В.19). Результаты записал в Журнал эксперимента (Приложение А). Композитные трубки выдержали нагрузку 32 кг (Рисунок В.19). Это больше, чем вешу я сам, на 8 кг! Как видно из Журнала эксперимента, эта часть эксперимента не была доведена до разрушения конструкции: после того, как вес груза на полке достиг 32 килограмма, не осталось свободных грузов, а пирамида грузов достигла такой высоты, что по соображениям безопасности я решил остановить эксперимент.
Анализ полученных результатов.
В результате эксперимента мне удалось установить, что прочность трубок из композита выше прочности трубок из простого материала более чем в 6 раз.
Две композитные трубки (из бумаги весом менее двух граммов каждая и пропитанные клеем ПВА весом 1/10 грамма) оказались способны держать на себе 32 килограмма груза. Добавление всего 1/10 грамма связующего вещества дало прирост прочности более чем в 6 раз!
Результаты эксперимента наглядно показали удивительное сочетание свойств композиционного материала – его прочности и лёгкости. Полученный мной композит обладает таким сочетанием свойств, каким не обладает ни один из его компонентов, взятый в отдельности (ни бумага, ни клей ПВА).
Заключение
Поставленная цель работы достигнута: мне удалось получить композиционный материал в домашних условиях и экспериментально подтвердить предположение о большей прочности композитов.
Выводы:
1. Композиционные материалы обладают уникальным сочетанием свойств, которых лишены составляющие его простые материалы.
2. Современные композиты дали человеку новые возможности. Уже сегодня учёные научились не только использовать преимущества этих соединений, но и создавать композиты с необходимыми индивидуальными свойствами. И в этом среди известных материалов им нет равных.
3. Не думаю, что композиты вытеснят простые материалы, но в тех областях, где к материалам предъявляются особенно высокие требования (авиация, освоение космоса, атомная энергетика и т.п.), “умные” композитные материалы будут незаменимы. Поэтому исследования и разработки новых перспективных композиционных материалов очень актуальны и нужны человеку!
Список литературы
1. Большой энциклопедический политехнический словарь. – М.: Мультитрейд, 2004. – С.198.
2. Герштейн М. Железный рой будущего // Discovery: Научно-популярный журнал. – 2013. – № 6. – С.46-52.
3. Наука 2.0. Композиционные материалы // http://www.youtube.com/watch?v=qrkgdwdzreu
4. Научные эксперименты дома / Пер. с нем. П. Лемени-Македона. – М.: Эксмо, 2012. – С.44-45.
5. Нейтан С. Экспрессом в будущее // Наука в фокусе. – 2013-2014. – дек.-янв. – С.68-73.
6. Новые материалы для новой эпохи: [беседа с проф. Г.П. Карзовым] / беседовал В. Фридман // В мире науки. – Спецвыпуск-2015. – С.104-110.
7. О композитных материалах // http://profitcp.ru
8. Островский С. Эра композитных материалов наступила // http://gridder.ru/technologies
9. Перспективные разработки “Росатома” // В мире науки. – Спецвыпуск-2015. – С.111.
10. Техника: Научно-популярная энциклопедия. – М.: ЗАО “РОСМЭН-ПРЕСС”, 2007. – С.172.
11. Эти 10 открытий изменят нашу жизнь // Наука в фокусе. – 2014. – сент. – С.16-17.