Tarcie wewnętrzne

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.

W fizyce ciała stałego tarcie wewnętrzne, oznaczane zwykle przez^[a] ${\displaystyle Q^{-1},}$ jest zdefiniowane przez

${\displaystyle Q^{-1}={\frac {\Delta W}{2\pi W}},}$

gdzie:

${\displaystyle W}$ – energia zgromadzona w jednostce objętości drgającego ośrodka,

${\displaystyle \Delta W}$ – 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 ${\displaystyle \Lambda }$ poprzez równanie

${\displaystyle Q^{-1}={\frac {\Lambda }{\pi }}.}$

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:

W pobliżu temperatury przemiany fazowej obserwuje się znaczne tarcie wewnętrzne, pochodzące od zmian parametrów uporządkowania pod wpływem naprężeń.

Polega na migracji atomów międzywęzłowych, a zaobserwowano go w kryształach o sieci regularnej przestrzennie centrowanej. Jest używany do określania koncentracji atomów węgla w stali.

Powstaje na skutek reorientacji pary złożonej z dwu defektów, atomu domieszki substytucyjnej lub wakansu i atomu międzywęzłowego.

Jest wynikiem ruchu atomów (zmiany orientacji par) w stopach substytucyjnych.

Powstaje na skutek dyfuzji defektów w materiałach poddanych niejednorodnym naprężeniom.

Jest skutkiem drgań odcinków dyslokacji. Występuje w materiałach deformowanych i zmniejsza się ze wzrostem koncentracji domieszek.

Są rezultatem oddziaływania dyslokacji z defektami punktowymi. Występują w materiałach deformowanych.

Występuje w wyniku ruchu fragmentu dyslokacji zakotwiczonego pomiędzy dwoma defektami punktowymi.

Występuje we wszystkich ciałach. Ściskana część ciała się rozgrzewa, a rozciągana oziębia. Powoduje to wystąpienie strumienia ciepła, prowadzącego do strat energii.

• S.A. Nowick, B.S. Berry: Anelastic Relaxation in Crystalline Solids. New York: Academic Press, 1972. Brak numerów stron w książce
• Władysław Chomka, Mechanizmy tarcia wewnętrznego w metalach, w: Fizyka i chemia metali, tom 2, „Prace Naukowe Uniwersytetu Śląskiego” 165, 1977, s. 80–113.