壊れやすい物質

材料科学において脆い物質とは、固まって詰まった粒状の物質を指します。身近な例としては、ホールフーズ店のホッパーにが詰まったり、逆さまにしたボトルに粉ミルクが詰まったりすることが挙げられます。この用語は物理学者マイケル・ケイツによって造られ、彼はこのような状況には新しい種類の材料が必要だと主張しています。このようにして説明される詰まった状態は、容器を叩いたり振ったり、棒で突いたりするなどの機械的な手段によって解消できます。

ケイツは、このような詰まりシステムは、加えられた応力の方向が変われば詰まりが解消されるという点で通常の固体とは異なると提唱した。必要な方向転換はごくわずかである場合もある。

おそらく最も単純な例は砂の山でしょう。砂は重力に逆らってその形状を維持するという意味で固体です。わずかな傾きや振動でも砂粒が移動し、山は崩壊します。

詰まったシステム、例えば泡はすべて壊れやすいわけではありません。 シェービングフォームは、大気圧による等方応力を受けて泡が密集しているために詰まります。もし泡が壊れやすい固体であれば、どんなに小さなせん断応力でも塑性的に反応するはずです。しかし、泡は変形するため、応力が閾値以下であれば、実際には弾性的に反応します。また、壊れやすい物質は、粒子が互いに付着している(「ケーキング」)場合と混同しないように注意が必要です。

参考文献

  • ケイツ、マイケル(2000年)『ソフトで脆い物質CRCプレスISBN 0-7503-0724-2
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