一發(fā)千鈞
2008-12-31 00:00:00趙光明
物理教學(xué)探討 2008年14期
如果有人告訴你，有一種像頭發(fā)絲那樣細(xì)的金屬絲，能夠吊起一輛小型的汽車，你相信嗎?
確實(shí)，我們目前用的銅絲、鐵絲和鋼絲，是不能勝任的。例如，在常溫下橫截面積是1mm2的銅絲，最多只能承擔(dān)50kg，同樣粗細(xì)的高強(qiáng)度鋼絲，最多只能承擔(dān)160kg，多了也要被拉斷。
難道這是無(wú)法逾越的極限嗎?不，決非如此。
根據(jù)X射線衍射等實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果，我們知道金屬材料都是以結(jié)晶狀態(tài)存在的，而每個(gè)晶體的內(nèi)部是由整齊排列的原子所組成，它們手拉手地緊緊牽在一起，金屬?gòu)?qiáng)度的來(lái)源，就是金屬原子之間的這種結(jié)合力，如果這些金屬原子之間的結(jié)合力得到充分的發(fā)揮，金屬的承擔(dān)能力就可以比目前提高100——1000倍。
也許你會(huì)問(wèn)，目前的金屬絲為什么沒(méi)有那么大的承擔(dān)力呢?這是因?yàn)楝F(xiàn)在煉制的金屬，晶體結(jié)構(gòu)里面的原子相互之間的位置存在著錯(cuò)動(dòng)，這種現(xiàn)象稱為位錯(cuò)，金屬有了位錯(cuò)以后，它的抗拉能力就降低了。
如果能夠生產(chǎn)出沒(méi)有位錯(cuò)的金屬絲，那該有多好啊!1952年，這個(gè)想法開(kāi)始在實(shí)驗(yàn)室中實(shí)現(xiàn)了，人們制造出一種只有頭發(fā)絲的1／70粗的細(xì)絲，人們把它叫做“金屬須”。用銅絲制成的斷面1mm2的“金屬須”，能吊起2800kg的質(zhì)量，足足比普通銅絲的承擔(dān)力提高200倍!當(dāng)然，金屬絲強(qiáng)度高的原因，除去它們的內(nèi)部位錯(cuò)很少以外，還由于它們的尺度很小和表面完整度很高的緣故。
現(xiàn)在，在實(shí)驗(yàn)室里已能制出幾十種金屬須，人們正在所獲得成績(jī)的基礎(chǔ)上繼續(xù)努力，要在將來(lái)真的能把金屬的承擔(dān)能力提高1000倍，那么用它制成頭發(fā)那樣細(xì)的銅絲，就能吊起一輛400kg的微型汽車。那時(shí)，無(wú)論是機(jī)器，還是鋼的構(gòu)筑物都將做得非常精巧、玲瓏了。
