Валерий Яковлев Грандмастер

Почему вещи изнашиваются?

Это не такой простой вопрос, как кажется. Наш повседневный опыт связывает это с качеством: «Я не такой богатый, чтобы покупать дешёвые вещи». А что определяет качество? В первую очередь — качество материала. А что такое качество вообще? Чем отличаются одни и те же материалы, но разного качества?

Начну с простого примера.

Первые «Жигули», которые начал выпускать ВАЗ в 1971 году, были с итальянскими двигателями. Выпуск своих задерживался. Где-то через полгода автомобиль стал полностью советского производства. «Советское — значит отличное!» — помните такой лозунг? Отличное от всего остального, что выпускалось в мире. Счастливчики, кому достались первые автомобили, старались ездить на них до последнего — пока кузов окончательно не сгнивал. Итальянские двигатели пробегали и до полумиллиона километров. И даже советским моторным маслом их нельзя было испортить. А наших двигателей хватало в лучшем случае на сто тысяч километров. Хотя они были скопированы с итальянских. Самой изнашивающейся, а поэтому дефицитной частью у нас был распредвал. Его хватало максимум на тридцать тысяч. Тогдашние автолюбители помнят…

Так что такое износ при трении, сгибании и прочих воздействиях на материал?

Как я уже писал в статье о нанотехнологиях, все вещества состоят из кристаллической решётки или молекул и атомов, связанных каким-либо другим образом. При их производстве неизбежны дефекты (так по-научному называются отдельные нарушения «идеальности» на наноуровне) этих структур. Чем выше уровень технологий производства, тем их меньше, но они есть.

Что такое дефект на молекулярном уровне?

Дефект в физике твёрдого тела — это отдельное нарушение структуры кристаллической решётки на атомном уровне. Например, нет на должном месте одного или нескольких атомов. Или разрыв внутри решётки на протяжении нескольких десятков или сотен атомов. Или атом сидит не в нужном месте, нарушая идеальность структуры. Деформация на уровне отдельных атомов. На поверхности кристалла таких дефектов обычно больше. Реальных кристаллов без дефектов не бывает. На самом предмете этого не видно. Их даже не видно в самый сильный оптический микроскоп. Но именно с невидимых дефектов, их роста и начинается износ и разрушение материалов.

При трении о другое вещество происходит не только разрушение слабых мест, но и дальнейшее возникновение дефектов. Надорванное легче рвётся и дальше. Смазка в механизмах только несколько снижает скорость этого процесса. Увеличивается число дефектов и при изгибах, растяжениях и других воздействиях на материал в процессе пользования им. Например, ботинок снизу истирается, а сверху рвётся от долгих сгибаний и натяжений.

Теперь понятен приведённый выше пример с автомобильными двигателями. У итальянцев качество материалов и качество изготовления были выше.

Понятно и почему натуральные материалы служат дольше. Природа «более аккуратна» в производстве.

Можно ли бороться с процессом износа?

Да, люди всегда этим занимались и совершенствовали средства ухода. В механизмах применяется смазка, снижающая трение и износ. Правильный уход за любыми вещами служит не только сохранению внешнего вида, но и сохранности их структуры. Но ничего вечного нет.

Итак, причина износа — наличие в материалах наноскопических неправильностей их кристаллической или молекулярной структуры.

Существенный вклад в решение этой проблемы могут внести нанотехнологии. Как я уже писал, они позволяют совершать манипуляции на уровне отдельных атомов и молекул.
То есть можно как изначально уменьшать количество дефектов в материалах, так и устранять дефекты, возникающие в процессе использования.

Кроме того, с помощью нанотехнологий можно создавать бездефектные и даже самовосстанавливающиеся вещества. Но это — тема следующих статей.

Обновлено 28.08.2007
Статья размещена на сайте 11.08.2007

Комментарии (33):

Чтобы оставить комментарий зарегистрируйтесь или войдите на сайт

Войти через социальные сети:

  • Спасибо, Валерий! Очень доходчиво для обывателей.
    Женские колготки подвержены такому же риску, к сожалению.
    Но мне кажется, что немалую роль играет мысль, которую человек думает во время изготовления той или иной вещи?! Во всяком случае японцы именно к этому склоняются, да и мой опыт тоже подтверждает: получаешь именно то, что ты думаешь.
    Спасибо еще раз!

    Оценка статьи: 5

  • С большим интересом прочитала 5

    Оценка статьи: 5

  • Приятно, что автор рассматривает вопрос не только с теоретического ракурса, но указывает на возможности, которые открываются для повышения износоустойчивости материалов (следовательно - вещей) с учетом развития перспективного направления в науке - нанотехнологий.

  • Действительно очень интересно и познавательно!

  • Уважаемые Людмила Есипова и Галина Москаленко!
    При попытке ответить на ваши вопросы здесь выше, получилась целая статья.
    Я никогда не задумывался о прямой связи наномира, изучением которого я занимаюсь уже почти 40 лет, с обычными бытовыми вещами, особенно их самовосстановлением. Ваши вопросы заставили об этом задуматься. Результат - новая статья. Вряд ли об этом ранее задумывался и кто-нибудь другой.
    Благодарю вас!
    Галина, я украл несколько строчек из Вашего вопроса - сам не смог лучше написать. Прошу простить меня.

    Оценка статьи: 5

  • Новый для меня взгляд на износ, 5.

    Оценка статьи: 5

  • Наконец я поняла, почему вторая часть статьи оставляет отношение этакой рыхлости. Там все предложения раздерганы по отдельным абзацам. Вот зрительное такое впечатление разбросанной соломы и имеем. Если б можно было хоть что-то слить в цельные абзацы?

  • Иногда советуют давать вещам и обуви отдыхать - не носить их два дня подряд. И действительно, если кто-то ходит в одном и том же несколько дней, одежда начинает выглядеть так, как будто в ней спали. Но этого эффекта нет, если то же количество дней ношения перемежается днями "отдыха".
    Валерий, это как-то объяснимо с т. зр. науки?

    Оценка статьи: 5

    • Никогда об этом не задумывался.
      Сейчас задумался. Как специалист в области физики твёрдого тела знаю, что кристаллы после большой нагрузки могут "залечивать" полученные "раны". Т.е. после прекращения воздействия, атомы вновь сближаются и восстанавливают разорванные ранее химические связи. Самый известный пример - восстановление остроты бритвенных лезвий.
      А ведь и ботинки "отдохнув", могут также самовосстановиться. А если их продожить носить - будут рваться дальше. Это может быть и у любых других материалов. На эту тему можно написать не только отдельную статью здесь, а даже научную!
      Вот что значит Ваш свежий взгляд со стороны.

      Оценка статьи: 5

  • Немного переделал текст, используя и свои комментарии выше.
    Уже и сам понял...
    Буду и дальше исправлять.

    Оценка статьи: 5

  • Вот ответьте на мой вопрос по теме. Почему одна и таже вещь у разных пользователей живет по-разному. У одного сразу ломается, а у другого служит верой и правдой годами? Почему одних вещи"любят", а у других долго не живут -ломаются, просто перестают работать без видимых причин, пропадают?

    • Сломать, Людмила - не износить.
      Износ - это постепенное нарушение внутренней молекулярной или кристаллической структуры. Как я уже писал выше, ботинок снизу истирается, а сверху рвётся от долгого сгибания. Чем лучше качество его материала, которое обусловлено структурой материала, тем он прослужит дольше. Если ещё и ухаживать. Но, этот ботинок можно сразу порвать или как-то ещё испортить независимо от его качества.
      Так что причины короткой жизни вещей у некоторых людей не в качестве материала, а в отношении к этой вещи. Даже самую лучшую машину можно тоже сразу поцарапать, помять или даже разбить.

      Оценка статьи: 5

  • Тут малость править надо

    Самой изнашивающейся, а поэтому дефицитной частью у нас был распредвал. Его хватало максимум на тридцать тысяч. Тогдашние автолюбители помнят…

    Так что такое износ? При трении, сгибании и прочих воздействиях на материал. - это дописано?

    При их производстве неизбежны дефекты этих структур. - м.б., лучше - деформации, не изъян формы, а изменение формы

    И прочность его меньше, чем могла бы быть. - м.б., не "бы быть", а меньше теоретической?

    бороться с процессом износа? - м.б., просто - с износом?

    Последняя четверть текста - надо бы распространить. А то лишь идея брошена, надо бы примеры и обоснования.

    • Спасиб, Люба, за внимание к моему тексту.
      С технической стороны всё написано правильно, но, значит, написано недостаточно понятно.
      Смыл статьи в том, что износ происходит на молекулярном, т.е. наноуровне. Это мало кто понимает.
      Дефекты (по-научному) - это нарушения молекулярной или кристаллической структуры. Они никак не влияют на внешнюю форму или деформацию предмета. Они увеличиваются при воздействии на материал. Например, ботинок снизу изнашивается от истирания, а сверху - от сгибания. Деформация вызывает нарушение внутренней структуры. Попытаюсь сейчас переписать понятнее.
      Что касается примеров - будет отдельная статья про упрочение металлов и других материалов. Как пример применения нанотехнологий.

      Оценка статьи: 5

      • значит, возникновение дефекта по-научному - по-ненаучному - деформация ...

        • Я уже дважды в тексте повторил разъяснение дефекта, что, думаю, не одобритГалина Москаленко.
          Дефект в физике твёрдого тела - это отдельное нарушение структуры кристаллической решётки на атомном уровне. Например нет на должном месте одного или нескольких атомов. Или разрыв внутри решётки на протяжении нескольких десятков или сотен атомов. Или атом сидит не в нужном месте, нарушая идеальность структуры. Деформация на уровне отдельных атомов. На поверхности кристалла таких дефектов обычно больше. Реальных кристаллов без дефектов не бывает. На самом предмете этого не видно. Их даже не видно в самый сильный оптический микроскоп. Но именно с невидимых дефектов, их роста и начинается износ и разрушение материалов.
          Нанотехнологии позволяют конструировать по кирпичику (молекуле) собирать идеальные кристаллы или ремонтировать дефектные, чем сразу во много раз улучшают из свойства.
          Но это очень сложно, и будет описано в отдельной статье.

          Оценка статьи: 5