Металлы имеют кристаллическое строение. Атомы металлов расположены ровными рядами. Металлическая лента — это, конечно, не один кристалл. Она состоит из огромного числа металлических кристалликов, тесно связанных друг с другом, а в каждом из этих кристалликов атомы расположены в строгом порядке. Почему атомы металлов группируются рядами, в которых расстояние между атомами является строго определенным? Это объясняется силами, действующими между атомами. Эти силы имеют электромагнитную природу и являются результатом расположения электронов вокруг атомных ядер. Бели два атома находятся чересчур близко друг от друга, то между ними действуют силы отталкивания, и атомы начинают удаляться друг от друга.

Однако, когда расстояние между ними превысит так называемое расстояние равновесия, начинают действовать силы притяжения. Именно поэтому атомы в кристалле расположены таким образом, что расстояние между ними равно расстоянию равновесия. Но что же произойдет, если расстояние между двумя атомами увеличится, например, в результате действия внешних сил? Силы притяжения препятствуют этому. Однако, если расстояние между атомами превысит примерно в два раза расстояние равновесия, то силы притяжения начинают быстро ослабевать и атомы совершенно отрываются друг от друга.

При сгибании металлической ленты атомы, лежащие на наружной стороне изгиба, отдаляются друг от друга, а атомы, расположенные по внутренней стороне — приближаются. Когда перестают действовать силы, вызывающие сгибание, лента выпрямляется, поскольку межатомные силы, принуждают атомы вернуться в места равновесия.
А как возникают трещины? Ни один кристалл не бывает идеальным. При его образовании всегда возникают определенные неравномерности в расположении атомов — так называемые дефекты. Дефекты возникают и позднее в образованном кристалле, в частности, в результате тепловых колебаний -атомов. Один из наиболее распространенных дефектов — так называемые вакансии, то есть пропуски атомов в одном из мест равновесия.

Конечно, два атома, между которыми находится вакансия, слабее связаны друг с другом, чем остальные атомы, поскольку расстояние между ними значительно больше расстояния равновесия. Представьте себе, что кристалл определенным образом многократно изгибается, то ость одни и те же ряды атомов растягиваются или сжимаются. В местах растяжения легче образуются новые вакансии, чем в других местах. Вакансии могут перемещаться в кристалле. Происходит это следующим образом: атом, около которого находится пустое место (вакансия), перескакивает туда, а вакансия появляется там, где он находился раньше. Такие „блуждающие” вакансии могут встретиться и образуется двойная вакансия. Мало того, такая “дыра” может увеличиться в результате присоединения к ней новых вакансий. Понятно, что образовавшаяся в кристалле „дыра” очень его ослабляет. Если кристалл в этом месте растягивается, то легко может образоваться большая трещина, поскольку именно здесь атомы легче отрываются друг от друга. Такие трещины дают начало более глубоким трещинам. Они могут еще не появиться на поверхности, но внутри металл уже потерял свою прежнюю прочность.

Достаточно теперь согнуть его — даже не слишком сильно, — чтобы кристалл лопнул. Такое накопление дефектов и постепенное образование все больших трещин обычно называют усталостью металла. Итак, прежде чем сконструировать какую-нибудь часть машины, автомобиля или самолета, не только испытывается ее сопротивляемость к силам, действующим на нее в ходе работы, но и проверяется, как долго эта деталь не подвергнется усталости, как долго она сохранит свои механические свойства.

Журнал “Горизонты техники для детей” № 2-77г.