الخواص الميكانيكية والحرارية للمادة الذبذبات والموجات
بعد ان طورنا مفهومي الكتلة والقوة وتعلمنا بعض المبادئ اللازمة لوصف حركة المادة يمكننا أن نوجه اهتمامنا الآن إلى البحث. في الخواص الداخلية للمادة وقبل أن يعرف أي شيء من الذرات والجزيئات قام العديد من الفيزيائيين بدراسة الخواص الكلية ... و الماكروسكوبية للمادة . ففي القرن الثالث قبل الميلاد تمكن المهندس الإغريقي ارشميدس من تفسير قوة الدفع التي يؤثر بها سائل على جسم مغمور فيه. وفي القرنين السابع عشر والثامن عشر نجح الباحثون في وضع القوانين التي تصف تأثير الضغط ودرجة الحرارة على الغازات المختلفة وفى هذه الفترة نمت أيضا دراسة الحالات الفيزيائية المختلفة للمادة ( الصلبة والسائلة والغازية ، وكذالك درجة استطالة وانضغاط المادة عند تعرضها لتأثير القوى الخارجية ومن بين الظواهر الأخرى. المترتبة على الخواص المأكروسكوبية يمكن ذكر الطريقة التى تنساب بها الموائع والعلاقة بين الحرارة المضافة إلى مادة والتغير الناتج في درجة الحرارة أو التغير في الحالة الحرارة والخواص الحرارية للمادة تسير في طريق منفصل عن دراسة الميكانيكا حتى منتصف القرن التاسع عشر ويعتبر التوصل إلى فهم الحرارة باعتبارها نوعا من الطاقة وأن وحدات قياس كميات الحرارة لها ما يكافؤها من وحدات الطاقة المكانيكية واحدا من أهم الإنجازات التي تحققت في هذا القرن ، وهذا ما ستتعرض لوصفه في مقالات ، الخلافات العظيمة ) في الفصل الحادي عشر فإن قوانين الديناميكا الحرارية، التي تصف إمكانية تحويل الحرارة إلى شغل والشغل إلى حرارة هي المبادئ الأساسية لعمل الآلات الحرارية والمبردات
كذلك هناك مجموعة كبيرة . من الظواهر المترتبة على الذبذبات، أو الاهتزازات، وهي الحركة التي تتكرر على فترات منتظمة أو في دورات منتظمه ومثل هذه الحركة، كالبندول مثلا بطريقة سيلة مناسبة القياس الوقت علاوة في على ذلك فإن الخواص الحجمية للمادة هي التي تتعين بها كيفية اعتقال الاهتزازات في مختلف المواد على صورة موجات . والتي تعتبر أساس فهمنا للصوت ومبادئ عمل الآلات الموسيقية
تتكون كل المواد من ذرات والقوى بـين ذرات المادة ذات طبيعة كهربائية أساسا وذلك لأن الذرات نفسها مكونه من جسيمات مشحونة ) إلكترونات وبروتونات والواقع أن الطريقة التي ترتب بها الذرات نفسها في المادة تتكون بها مجموعات الذرات هي التي تحدد الـسلوك الحجمي للمادة هذه الخواص الحجمية للمادة، وهي ما يعرف عادة بالخواص الميكانيكية ، هي التي تمثل غالبا القدر الأكبر من الأهمية لمعظم الاعراض العملية ، بدلاً من الوصف الذرى التفصيلي للمادة وسوف تتناول بالدراسة في هذا الفصل بعض الخواص الميكانيكية كالكثافة والمرونة وضغط وانسياب الموائع
الخواص الميكانيكية للمادة
9-1 حالات المادة
يتكون العالم من حولنا من ثلاثة أنواع متميزة من المواد الجوامد والسوائل والغازات، وسوف تسمى هذه الأنواع بحالات المادة الثلاث، ويكمن الفرق الأساسي بين هذه الحالات في طريقة تأثير القوى بين الذرات أو الجزيئات المكونة للمادة . ففى الغازات تكون القوى بين الذرية غير موجودة عمليا . وهذا ما يسمح لذرات أو جريئات ( الغاز المنفردة بأن تتحرك مستقلة عن بعضها البعض . إلا أثناء التصادمات التي تحدث بين جزيئات الغاز هذه الحرية في الحركة تسمح أيضا
حجم متاح له أما في السوائل والجوامد فإن هذه القوى تكون كبيرة جدا لدرجة قوى الخارجية لا يمكنها أن تغير الحجم لا يمكنها أن تغير الحجم الذي تشغله عينة المادة الصلبة ) مد أبو السائل تغييرا محسوساً ، ولهذا يقال أن الجوامد والسوائل قابلة للانضغاط وفى الجوامد ترتب القوى بين الذرية ذرات المادة في نظام جاسن ثلاثي الأبعاد، أو بنية شبيكية ولهذا السبب لا تكون الجوامد غير قابلة للانضغاط فقط ، بل أنها تكون جاسئة أيضا بحيث تقاوم محاولات تغيير ونظرا لأن هذه البنية الثلاثية الأبعاد غير موجودة في السوائل فإن قابلية التقود السوائل كبيرة بحيث تأخذ شكل الإناء الذى تشغله ويمكنها الانسياب تحت تأثير القوى عليها تتوقف الحالة التي توجد فيها مادة معينة على درجة حرارة المادة والضغط الخارجي المحيط بها فاناء مثال مألوف لنا جميعا إذ تتغير حالته من الحالة الصلبة إلى السائلة إلى الغازية ( البخارية ) عند امتصاصه الحرارة (شكل 91 ) وبالرغم من أن هذا التقسيم يبدو بسيطا فإن هناك حالات كثيرة يصعب فيها التمييز مين حالات المادة فعلاً. معظم الجوائد لها بنية شبيكية مرتبة ثلاثية الأبعاد . وهذه تعرف باسم الجوامد البلورية . ويمثل الشكل 92 التماثل المكعبى لأحد الجوامد البلورية وهو ملح الطعام. وهناك أيضا نوع آخر من الجوامد تكون ذراته مرتبة بطريقة عنوانية لا تتميز بهذا الترتيب المنتظم بعيد المدى هذه الجوامد تسمى بالجوامد السنين . والرجاج وكثير من اللدائن من أشهر أمثلة هذا النوع من الجوامد . ويعكس الحوامد البلورية فإن الجوامد الأمورفية ليس لها نقطة انصهار حادة مجددة ، فعند بمرور تسخين مثل هذه المواد سوف نجد أن تزداد تشابها مع السوائل بشكل تدريجي وليس فجائيا وتزداد مع هذا قابليتها للانسياب ويشاهد مثل هذا الغموض في ) حالات المادة أيضا عند الضغوط العالية . حيث يكون التحول بين الحالتين الغازية الانتقال بين
جزء صغير من الأمورقية أو غير البلورية ، وهى غالبا تساب ببطئ شديد ويتغير شكلها
والسائلة غير واضح في كثير من المواد
