Tarcie wewnętrzne – w fizyce ciała stałego - miara strat energii mechanicznej zachodzącej w ośrodku. Także zbiorcza nazwa mechanizmów prowadzących do powstania takich strat. Pomiar i analiza tarcia wewnętrznego jest domeną spektroskopii mechanicznej.
W fizyce płynów tarcie wewnętrzne jest utożsamiane z lepkością, lub jest używane dla określenia mechanizmów powodujących lepkość. Opory tarcia wewnętrznego wynikają z istnienia sił kohezji i zależą od swobody przemieszczania się cząsteczek.
Definicja
W fizyce ciała stałego tarcie wewnętrzne, oznaczane zwykle przez
Q-1, jest zdefiniowane przez
-
,
gdzie
-
- W - energia zgromadzona w jednostce objętości drgającego ośrodka
- ΔW - energia tracona w jednostce objętości drgającego ośrodka w czasie jednego okresu
W przypadku małego tłumienia tarcie wewnętrzne jest związane z logarytmicznym dekrementem tłumienia swobodnych drgań ośrodka Λ poprzez równanie
-
,
Mechanizmy powodujące powstanie tarcia wewnętrznego
Istnieje wiele mechanizmów mogących prowadzić do strat energii mechanicznej w ciałach stałych. Znaczne straty energii stwierdza się w temperaturach w pobliżu przemian fazowych. Kilka mechanizmów związanych jest z defektami sieci krystalicznej: punktowymi (w tym z domieszkami), dyslokacjami i z defektami płaskimi (w temperaturach bliskich temperaturze topnienia). Najczęściej spotykane mechanizmy tarcia wewnętrznego to:
Mechanizmy związane z przemianami fazowymi
W pobliżu temperatury przemiany fazowej obserwuje się znaczne tarcie wewnętrzne, pochodzące od zmian parametrów uporządkowania pod wpływem naprężeń.
Mechanizmy związane z defektami punktowymi
Efekt Snoeka
Polega na migracji atomów międzywęzłowych, a zaobserwowano go w kryształach o sieci regularnej przestrzennie centrowanej. Jest używany do określania koncentracji atomów węgla w stali.
Efekt Finkelsteina-Rozina
Powstaje na skutek reorientacji pary złożonej z dwu defektów, atomu domieszki substytucyjnej lub wakansu i atomu międzywęzłowego.
Relaksacja Zenera
Jest wynikiem ruchu atomów (zmiany orientacji par) w stopach substytucyjnych.
Relaksacja Gorskiego
Powstaje na skutek dyfuzji defektów w materiałach poddanych niejednorodnym naprężeniom.
Mechanizmy związane z dyslokacjami
Relaksacja Bodoniego
Jest skutkiem drgań odcinków dyslokacji. Występuje w materiałach deformowanych i zmniejsza się ze wzrostem koncentracji domieszek.
Maksima Hasigutieg
Są rezultatem oddziaływania dyslokacji z defektami punktowymi. Występują w materiałach deformowanych.
Histereza dyslokacyjna
Występuje w wyniku ruchu fragmentu dyslokacji zakotwiczonego pomiędzy dwoma defektami punktowymi.
Relaksacja termosprężysta
Występuje we wszystkich ciałach. Ściskana część ciała się rozgrzewa, a rozciągana oziębia. Powoduje to wystąpienie strumienia ciepła, prowadzącego do strat energii.
