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强弱相互作用力这么强,为什么我们可以轻而易举地撕开物体? 第1页

  

user avatar   jiehou1993 网友的相关建议: 
      

撕开物体破坏的其实是各类化学键,而化学键主要由电磁力贡献,与强/弱相互作用力关系不大。

不过这个问题其实还是有些价值的,因为化学键也很强,想要简单粗暴的撕开它并不是件容易的事情。

这一点大概在1920年左右就被发现了。当时科学家在研究晶体的变形时,发现通过化学键键能计算出来材料强度,比材料的实际强度高了几百上千倍。

这个计算显然是不对的,因为他们设想的变形过程太简单了,只有两个步骤:

在以上这个变形过程中,需要把上下两层原子同时平移一个原子距离。这意味着要将滑移面上的化学键同时打断再重连,这个过程需要很强的驱动力,几乎不可能发生。

到了1934年,有人提出,材料的变形其实是从局部开始,通过一种叫做“位错”的缺陷,一步一步完成的:

这种化整为零的变形方式,能将整体变形拆分为若干个局部变形,每一次变形需要的力大大减少,变形也就更加容易。因此,实际材料的抗拉/压/剪切强度,往往比通过化学键计算出来的理想强度低好几个数量级。

此外,在材料断裂的过程中,另一种缺陷——微裂纹——的作用也至关重要。

简单来说,我们对一个物体施力时,物体内部的受力并不均匀,大部分力会集中在微裂纹这样的缺陷附近,使得局部的应力非常大,非常容易通过上诉变形过程进一步开裂。

更要命的是,裂纹扩展是一个正反馈过程。也就是说,裂纹越长,应力集中效应越明显,进一步开裂也就越容易。因此,如果物体内一开始就存在比较长的裂纹,撕开它就会是一件很容易的事情。

许多包装袋上都会开一个小口子以方便撕开,这其实就用到了应力集中的原理。




  

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