Baanbrekerstudie toon defekte wat vinniger deur diamant versprei as die spoed van klank

Hierdie lineêre defekte, of ontwrigtings, is wat metale hul sterkte en werkbaarheid gee, maar dit kan ook materiaal katastrofies laat misluk - wat gebeur elke keer as jy die trekoortjie op 'n blikkie koeldrank druk.

Die feit dat hulle so vinnig kan reis, gee wetenskaplikes 'n nuwe waardering vir die ongewone tipe skade wat hulle aan 'n wye reeks materiale in uiterste toestande kan aanrig - van rots wat uitmekaar geruk is deur 'n aardbewingsbreuk tot vliegtuigafskermmateriaal wat deur uiterste spanning vervorm is, het gesê Leora Dresselhaus-Marais, 'n professor by die Departement van Energie se SLAC National Accelerator Laboratory en Stanford Universiteit wat die studie saam met professor Norimasa Ozaki by die Osaka Universiteit gelei het.

“Tot nou toe kon niemand direk meet hoe vinnig hierdie ontwrigtings deur materiaal versprei nie,” het sy gesê. Haar span het X-straalradiografie gebruik, soortgelyk aan mediese X-strale wat die binnekant van die liggaam openbaar, om die spoed van die voortplantende ontwrigtings deur diamant te klok, wat lesse opgelewer het wat ook op ander materiale van toepassing moet wees. Hulle het die resultate vandag in Science beskryf.

Jaag die spoed van klank

Wetenskaplikes het vir byna 60 jaar gedebatteer of ontwrigtings vinniger deur materiaal kan beweeg as klank. 'n Aantal studies het tot die gevolgtrekking gekom dat hulle nie kon nie. Maar sommige rekenaarmodelle het aangedui dat ja, hulle kan, mits hulle teen vinniger as klankspoed begin beweeg het.

Om hulle onmiddellik op hierdie spoed te kry, sal 'n geweldige skok verg. Vir een ding, klank beweeg baie vinniger deur vaste materiale as wat dit deur lug of water doen, afhangende van die aard en temperatuur van die materiaal, onder andere. Terwyl die spoed van klank deur lug oor die algemeen as 761 mph gegee word, is dit 3,355 mph deur water en 'n ongelooflike 40,000 mph in diamant, die hardste materiaal van almal.

Om dinge nog meer te kompliseer, is daar twee tipes klankgolwe in vaste stowwe. Longitudinale golwe is soos dié in lug. Maar omdat vaste stowwe 'n mate van weerstand bied teen die deurgang van klank, huisves hulle ook stadiger-bewegende golwe bekend as transversale klankgolwe.

Om te weet of ultravinnige ontwrigtings enige van hierdie klankgrense kan breek, is belangrik uit beide die fundamentele wetenskap en praktiese oogpunte. Wanneer ontwrigtings vinniger as klankspoed beweeg, tree hulle heel anders op en lei dit tot onverwagte mislukkings wat tot dusver net gemodelleer is. Sonder metings weet niemand hoeveel skade daardie ultravinnige ontwrigtings kan aanrig nie.

"As 'n strukturele materiaal meer katastrofies faal as wat enigiemand verwag het weens die hoë koers van mislukking, is dit nie so goed nie," sê Kento Katagiri, 'n nadoktorale navorser in die navorsingsgroep en eerste skrywer van die referaat. "As dit byvoorbeeld 'n fout is wat deur rots bars tydens 'n aardbewing, kan dit meer skade aan alles veroorsaak. Ons moet meer leer oor hierdie tipe katastrofiese mislukking."

Die resultate van hierdie studie, het Dresselhaus-Marais bygevoeg, "kan voorstel dat wat ons gedink het ons geweet het oor die vinnigste moontlike materiaalonderbreking verkeerd was."

Die pop-top effek

Om die eerste direkte beelde te kry van hoe vinnig ontwrigtings kan beweeg, het Dresselhaus-Marais en haar kollegas eksperimente by die SACLA X-straal vry-elektron laser in Japan uitgevoer. Hulle het die eksperimente op klein kristalle van sintetiese diamant gedoen.

advertensie