Сильно стиснутий тенісний м'яч повністю відновлює свою форму після того, як тиск знято. Легчайшее дотик пальців до глини залишає на ній відбиток. Слабкий удар розіб'є скло, але нічого не зробить зі сталлю. Причини такого істотного відмінності властивостей тел ми шукаємо в їх структурі.
Опірність тіла стиску, розтягання або вигину залежить від характеру взаємодії його атомів і молекул. Спробуємо насамперед пояснити сутність основних механічних властивостей - пружності і пластичності. Пружним називається таке тіло, яке відновлює свою форму після того, як сила перестала діяти. До пружних тіл відносяться, наприклад, сталь і мармур.
Дослідження показали, що при розтягуванні стали відстань між кожною парою атомів зростає, а при стисненні - зменшується. При цьому атоми не змінюють своїх сусідів, можна сказати, залишаються в тих же потенційних ямах. Просто під дією зовнішньої сили атом відходить від дна потенційної ями і кілька піднімається по стінці.
Як тільки сила перестає діяти, атом повертається на дно потенційної ями. Щоб тіло володіло помітною пружністю, стіни потенційної ями повинні бути досить пологімі- тільки в цьому випадку атом вдасться «відкотити» від положення рівноваги на значну відстань. Тепер припустимо, що зовнішня сила, що діє на тіло, здатна «викотити» атом з потенційної ями, т. Е. Іншими словами, здатна відірвати його від сусідів. Можливий такий випадок: викотився зі своєї потенційної ями, атом «скочується» в сусідню - іншими словами, відірвавшись від своїх сусідів, атом перехоплюється іншими атомами.
Після того як сила припиняє свою дію, атом «сам по собі» не може повернутися в колишню потенційну яму. Описана картина відповідає властивості пластичності. Отже, пластичність - це така властивість, при якому атоми однієї частини тіла здатні переміщатися по відношенню до атомам іншій частині тіла, змінюючи своїх сусідів. Як же уявити собі таке зміщення?
При пластичному зміні форми тіла площині кристала зміщуються, «зісковзують» один щодо одного. Ясно, що зісковзування відбувається уздовж тих площин кристала, перпендикулярно до яких діють найбільш слабкі сили зчеплення. Такі слабкозв'язаного площині є у глини, у олова, в слюди і графіті. У всіх цих тілах можна спостерігати зісковзування однієї частини кристала по відношенню до іншої. Таким чином, пластичність виникає у тих тіл, атоми яких без особливих зусиль можуть бути виведені зовнішньою силою зі своїх потенційних ям і, переваливши через край, відразу ж потрапляють в сусідню яму. Залишається пояснити характер взаємодії атомів, що утворюють тендітні тіла, такі, як скло або цегла.
У цих тілах потенційна яма має дуже круті стінки (відсутність пружності), крім того, сусідні ями розділені між собою широким плато, тому віддалений з потенційної ями атом потрапляє в сусідню яму. Було б помилковим припущення, що між крихкими і пластичними тілами немає нічого спільного, що між ними лежить непрохідна прірву, Якщо деякі крихкі матеріали деформувати повільно, то вони поводяться, як пластичні. Це і зрозуміло: швидкість впливу може надати атомам значну кінетичну енергію, і міжатомні зв'язку виявляться порваними. Точно так же кристал може вести себе і як крихкий і як пластичний матеріал, в залежності від того, як повернені слабкозв'язаного площині до напрямку дії сили. Якщо ці площини розташовані поперек напрямку розтягування, то зісковзування стає неможливим і кристал виявляє крихкість.
Якщо площині розташовані вздовж напрямку розтягування, то вони будуть ковзати один по одному, як карти в колоді, і кристал виявить пластичне поведінку. Особливо заплутаним буде поведінка мелкокристаллического матеріалу, крихкість або пластичність якого залежить і від властивостей окремих кристаликів, і від їх орієнтації, і від їх зчеплення. Чудові пружні властивості гуми та каучуку пов'язані зі своєрідною будовою цих тіл. У нерастянутой гумі пачки молекул згорнуті.
Розтягування являє собою розгортання пачок; воно супроводжується покращенням бокового порядку в укладанні молекул в пачки. Після того як дію сили припиниться, пачки молекул складаються в той же порядок, в якому вони перебували до розтягування. Якщо гума або каучук отримали таку зміну форми, яке не знімається після припинення дії сили, то це означає, що молекули, що становлять пачку, перебудувалися і змінили своїх сусідів. Механічні властивості матеріалів в значній мірі залежать від домішок і різного роду дефектів.
Так, стали, піддавалися різним обробці і володіють злегка відмінними домішками, можуть дуже різко відрізнятися один від одного. Тому пошуки зв'язку властивостей матеріалів з їх структурою являють собою складну і ще до сих пір остаточно не вирішену задачу, а картини, описані нами вище, претендують лише на те, щоб дати перше уявлення про основні причини в розходженні властивостей тел.