خصائص المواد المستخدمة في الهندسة

المواد وأنواعها

المواد تشكل أساس كل شيء من حولنا، وهي تتميز بمجموعة من الخصائص والمعايير التي تميزها عن غيرها. هذه الخصائص تحدد كيفية استخدام هذه المواد بشكل فعال، سواء من حيث تحملها للإجهاد، أو مقاومتها للأحمال، أو تفاعلاتها الكيميائية. يتم تحديد هذه الخصائص من خلال الملاحظة الدقيقة أو باستخدام أجهزة القياس الدقيقة.

ما هي المواد الهندسية؟

المواد الهندسية تشمل أي مادة تستخدم في المشاريع الإنشائية، سواء كانت طبيعية أو مصنعة. تعتبر الأرض، الغلاف الجوي، والمياه المصادر الرئيسية لاستخراج هذه المواد. يمكن تصنيفها إلى:

• مواد معدنية: تستخدم في الصناعات الإنشائية وصناعة الأجهزة.
  • معادن حديدية: مثل حديد الزهر، الصلب، وحديد المطاوع.
  • معادن غير حديدية: بعضها ثقيل مثل النيكل، النحاس، الألومنيوم، والمغنيسيوم، وبعضها الآخر لين مثل القصدير والرصاص.
• مواد غير معدنية:
  • مواد البناء: مثل الإسمنت، الأحجار، والخشب.
  • مواد متنوعة: مثل الزجاج، البلاستيك، الفلين، والمطاط.
• مواد مولدة للطاقة: مثل الوقود، الماء، ومواد الطاقة الذرية.

تصنيفات خصائص المواد الهندسية

تتميز المواد الهندسية بعدة أنواع من الخصائص التي تحدد استخداماتها ووظائفها. هذه الخصائص تشمل:

• الخصائص الفيزيائية: وتشمل الشكل، الوزن النوعي، الأبعاد، المساحة، ومحتوى الرطوبة.
• الخصائص الميكانيكية: وتشمل الشد، القص، مقاومة الضغط، الانحناء، المرونة، والصلادة.
• الخصائص الكيميائية: وتشمل الحموضة، القاعدية، والتركيب الكيميائي.
• الخصائص الحرارية: وتشمل التوصيل، العزل الحراري، والتمدد.
• الخصائص الكهرومغناطيسية: وتشمل النفاذية المغناطيسية والكهربائية.
• الخصائص الصوتية: وتشمل الانعكاس الصوتي، العزل الصوتي، وامتصاص الصوت.
• الخصائص البصرية: وتشمل الانكسار الضوئي، انعكاس وامتصاص الضوء، واللون.

تفسير الخواص الميكانيكية بالتفصيل

الخواص الميكانيكية تلعب دورًا حاسمًا في تحديد سلوك المواد تحت تأثير القوى الخارجية. فيما يلي شرح تفصيلي لبعض هذه الخصائص:

• الإجهاد: هو قياس لانتشار القوى أو الحمل داخل الجسم لوحدة المساحة. رياضياً، يُحسب كالتالي: (stress = force / area). يوجد نوعان رئيسيان من الإجهاد:
  • إجهاد الضغط: يحدث عندما يكون الحمل أو القوى تؤدي إلى ضغط على الجسم.
  • إجهاد الشد: يحدث عندما يتعرض الجسم لقوى سحب أو شد.
• المقاومة: هي الحد الأقصى للإجهاد الذي يمكن أن تتحمله المادة قبل أن تفشل أو تنهار. تقاس عادةً بوحدة الجهد المسلط على وحدة المساحة.
• الانفعال: هو قياس للتشوهات التي تحدث في الجسم نتيجة للإجهاد، ويُقاس بالتغير في الطول أو الحجم مقارنة بالطول أو الحجم الأصلي.
• المرونة: هي قدرة المادة على استعادة شكلها الأصلي وأبعادها بعد زوال القوى المؤثرة عليها.
• اللدونة: هي قدرة المادة على الاحتفاظ بتشوه دائم بعد إزالة القوى المؤثرة عليها.
• الزحف: هو التشوه التدريجي الذي يحدث للمادة بمرور الوقت عند تعرضها لحرارة وإجهاد مستمر.
• الصلادة: هي قدرة المادة على مقاومة الخدش، التغلغل، والتآكل.
• قابلية السك: هي قدرة المادة على التشكل عند وضعها في قالب وتعريضها للضغط وهي باردة.
• قابلية اللحام: هي القدرة على تكوين جسم واحد من قطعتين من نفس المعدن أو من معدنين مختلفين عن طريق ضغطهما.