§ 2. Методы измерений

Определения внутреннего трения, рассмотренные в предыдущем параграфе, подсказывают различные пути, с помощью которых внутреннее трение в образце может быть измерено. Так, специфическое рассеяние можно определить непосредственно как количество тепла, которое производится, когда образец совершает замкнутый цикл напряжений. Это было проделано для стали Гопкинсоном и Вильямсом [59] и сравнительно недавно Фёпплем [34], который измерял разность температур между серединой и концами испытываемого образца, подверженного циклической деформации. Эта разность температур пропорциональна скорости образования в образце тепла и его отвода в окружающую среду. Чтобы получить абсолютные значения, использовалась калиброванная аппаратура. Калибровка производилась путем пропускания электрического тока через образец, находящийся в покое, и наблюдения разности температур при известном рассеянии тепла. Гопкинсон и Вильяме использовали область напряжений до и частоты до 120 гц. Из пикового значения напряжения можно вычислить максимальную упругую энергию, накопленную образцом, и отсюда определить специфическое рассеяние Главное неудобство этого метода состоит в том, что для получения доступных измерению разностей температур требуются большие силы, а потому аппаратура должна быть выполнена в промышленных масштабах.

Непрямые измерения внутреннего трения можно выполнить, определяя логарифмический декремент образца при свободных колебаниях или остроту резонанса при вынужденных колебаниях. Этими двумя методами было проделано большое количество измерений; они будут рассмотрены в гл. VI. Другой метод исследования внутреннего трения, более тесно связанный с предметом настоящей монографии, состоит в измерении затухания волны напряжения во время ее распространения в твердом теле.

Найдено, что для плоской синусоидальной волны малой амплитуды затухание происходит по экспоненциальному закону, так что если начальная амплитуда давления равна то после прохождения волной расстояния х амплитуда становится равной здесь а — постоянная затухания, являющаяся мерой внутреннего трения материала. Поток энергии для плоской волны с амплитудой давления равен где плотность материала и с — скорость распространения. Если рассмотреть полоску материала толщиной

и с единичным поперечным сечением, нормальным к волне, то энергия, входящая за единицу времени, равна

а энергия, выходящая за единицу времени, есть

Значит, энергия, рассеянная в полоске за одну секунду, приблизительно равна

и, следовательно, энергия рассеянная в течение одного цикла, определяется следующим образом:

где частота.

Плотность энергии в среде равна и потому максимальная энергия накопленная в образце, будет

следовательно, из (5.20) и (5.21) имеем

так что а может быть связано со специфическим рассеянием или с другими величинами, использованными для определения внутреннего трения. Метод распространения волн применялся в последние годы различными исследователями для измерения внутреннего трения в материалах, которые можно изготовить в форме полос или проволок; результаты этих измерений будут описаны в следующей главе.