Атомы у нас дома. Удивительная наука за повседневными вещами

Некоторые материалы разрушаются в силу своей непрочности. В других разрушения могут происходить из-за ошибок производства, когда наибольшая нагрузка падает на самые слабые места. В злополучных самолетах Havilland Comet причина состояла в том, что вырезы в фюзеляже для окон и дверей ослабили металлическую конструкцию корпуса. В результате систематического воздействия гигантских сил на фюзеляж ослабли заклепки и другие соединения, что привело к фатальным последствиям. Производитель протестировал самолеты и определил срок их службы в небе в 10 лет, но ошибся. Реальные нагрузки оказались втрое больше тех, которые инженеры обнаружили при лабораторных испытаниях. В результате произошли трагические катастрофы этих самолетов после пары лет эксплуатации[130]. Грубо говоря, эти аппараты были похожи на металлические скрепки, которые без конца сгибались и разгибались огромной силой сопротивления воздуха. Эти случаи стали классическими примерами того, что мы называем усталостью металла: неожиданное его разрушение под воздействием кумулятивного эффекта от постоянного механического напряжения.

Скрип

Признаки возможного разрушения материалов не всегда надежны. Если вы живете в старом доме со скрипящими полами, то можете так привыкнуть к ним, что даже будете находить в этом какое-то очарование. Вы начнете узнавать каждую доску по звуку и даже научитесь проходить на цыпочках между скрипящими половицами, когда встаете ночью. Но если вы живете в современном многоквартирном доме и неожиданно оказываетесь на чьих-то скрипящих полах, то вас может посетить мысль: а насколько безопасно это жилище? Не означает ли этот скрип ослабление и обветшание всей конструкции дома? А вдруг он и вовсе обрушится вам на голову?

Поющие и скрипящие полы – обычно благоприятный признак. Это значит, что дерево сжимается и разжимается, успешно поглощая давление и напряжение. Деревья на ветру тоже постанывают, и это вовсе не значит, что они вот-вот упадут (хотя при сильном ветре такое случается). Почему дерево скрипит и издает звуки, похожие на стон, а другие материалы нет? Дерево – единственный природный растительный материал, который используется для строительства больших сооружений, несущих значительную нагрузку. Оно состоит из полых трубчатых волокон, плотно сжатых в прочной структуре. По мере того как эта структура сжимается и растягивается, волокна внутри ее трутся друг о друга, издавая разные звуки. Полы в домах поют, когда половицы трутся друг о друга, а также в местах сочленения с основанием пола – брусьями или лагами. Особо прочные породы дерева обычно малоэластичны и не издают звуков. Чем мягче и эластичнее дерево, тем больше движения происходит между его волокнами и тем чаще оно «поет». Изменения температуры и влажности тоже заставляют дерево расширяться или сжиматься, поэтому громкость и тон скрипов в доме могут меняться от сезона к сезону. Полы обычно больше скрипят летом, когда они суше, чем зимой, когда они более холодные и влажные, а волокна дерева набухшие.