Sciencemag.cz
Doporučujeme
Drobné mechanické defekty se podle nového výzkumu mohou šířit materiálem rychleji než zvukové vlny. Lineární defekty (dislokace) dodávají kovům pevnost a vlastnosti umožňující jejich další technologické zpracování, ale mohou také způsobit selhání materiálu, třeba i s katastrofickým koncem. Výsledky podávají nové poznatky o neobvyklých typech poškození řady materiálů v extrémních podmínkách (selhání skály při zemětřesení, namáhání materiálů v leteckém/kosmickém průmyslu atp.).
Autoři studie Leora Dresselhaus-Marais (SLAC National Accelerator Laboratory a Stanford University) a Norimasa Ozaki (Osaka University) a jejich kolegové uvádějí, že rychlost šíření dislokací kupodivu nebyl dosud nikdo schopen změřit. Nově se to podařilo díky rentgenové radiografii. Autoři studie použili intenzivní laserový paprsek, který vyvolal v diamantu rázové vlny. Poté pomocí rentgenového laserového paprsku pořídili sérii snímků vzniku a šíření dislokací v časovém měřítku miliardtin sekundy – snímky se podobaly rentgenovým snímkům používaným v medicíně. Na záběrech se poté podařilo identifikovat rysy, které jsou jednoznačně dislokacemi, a ne jinými typy defektů.
O tom, zda se dislokace mohou šířit materiály rychleji než zvuk, vědci diskutují již téměř 60 let. Řada studií dospěla k závěru, že to možné není. Některé počítačové modely však naznačovaly opak.
Zvuk se v pevných materiálech šíří mnohem rychleji než ve vzduchu. Rychlost zvuku ve vzduchu se obecně udává 761 km/h, ve vodě je to 3 355 km/h a v diamantu až 40 000 km/h. Z pohledu výzkumů situaci ještě komplikuje to, že v pevných látkách existují minimálně dva typy zvukových vln. Podélné vlny se podobají těm ve vzduchu. Protože ale pevné látky kladou průchodu zvuku odpor, vyskytují se v nich také pomaleji se pohybující příčné zvukové vlny. Nová studie ukázala, že dislokace šíří diamantem rychleji, než je rychlost pomalejšího typu zvukových vln (příčných); takový jev nebyl dosud u žádného materiálu pozorován. Cílem dalšího výzkumu bude zjistit, zda se dislokace mohou v diamantu šířit i rychleji, než je vyšší (podélná) rychlost zvuku. K tomu potřeba aplikovat ještě silnější laserové pulzy..
Poruchy šířící se rychleji než zvuk se podle vědců chovají zcela odlišně, než kdyby platil opak (Poznámka PH: Proč? Co je na konkrétní hodnotě šíření zvuku tak speciálního?). Diamant představuje pro tyto studie vhodný materiál, protože je z hlediska dislokací poměrně jednoduchý. V diamantu existují pouze čtyři typy dislokací, zatímco například železo má 144 různých možných typů.
Studium pořízených snímků ukázalo, že počáteční rázová vlna se rozdělila na dva typy vln, které se dále šířily krystalem. První vlna (elastická) diamantový krystal dočasně deformovala; atomy uhlíku se ale téměř okamžitě vrátily zpět do původní polohy, podobně jako natažená a uvolněná gumička. Druhá vlna (plastická) krystal trvale deformovala tím, že vytvářela malé chyby ve struktuře atomů, které tvoří strukturu krystalu.
Kento Katagiri et al, Transonic dislocation propagation in diamond, Science (2023). DOI: 10.1126/science.adh5563. www.science.org/doi/10.1126/science.adh5563
Zdroj: SLAC National Accelerator Laboratory / Phys.org, přeloženo/zkráceno
Nejako sa mi nezdaju tieto hodnoty:
Rychlost zvuku ve vzduchu se obecně udává 761 km/h, ve vodě je to 3 355 km/h.
Mne to vychadza viac, ako uvedene.