Упругость проволоки

Если постепенно увеличивать нагрузку на материал, начиная с нуля, то напряжение, возникшее сначала, растет пропорционально. Если убрать груз, материал вернется до своих начальных размеров. Это явление называется упругостью. Но если продолжать нагружать проволоку, то он, при условии достижения определенной величины нагрузки, уже не будет возвращаться к исходным размерам. Эта величина называется пределом упругости проволоки. В данном случае проволока подвергается воздействию пластической деформации и теперь постоянно продлеваться с увеличением нагрузки.
Дальнейшее увеличение нагрузки в конце концов приведет к разрыву материала. Пластичные материалы (например, медь) перед разрывом значительно деформируются, а хрупкие (скажем, чугун) при постепенном увеличении нагрузки рвутся совершенно неожиданно.

 

 

Нагрузки

Подвешенный на проволоке груз создает направленную вниз относительно площади поперечного сечения этого провода силу. Величина применённой силы, разделенная на площадь ее приложения, называется нагрузкой.
Больший груз создает большую направленную вниз силу, поэтому нагрузка на провод того же сечения будет больше. Величина нагрузки также будет больше, если одинаковый груз, подвешенный на более тонком проводе, поскольку создаваемая им сила действует на меньшую площадь поперечного сечения. Сравнивая сопротивление материалов, важно знать, какую нагрузку они могут выдержать до момента деформации или разрыва.
Материалы подвергаются трех видов напряжения. Растягивающее усилие растягивает материал и возникает, например, при подвешивании к нему груза. Напряжение сжатия сдавливает материал (к примеру, ножки стола под весом предметов, находящихся на нем). Напряжение сдвига влияет на материал и выгибает его (в частности трамплин для прыжков в воду под весом человека).
Относительная деформация
Это равномерная деформация, или изменение размеров материала под воздействием нагрузки. Предположим, что проволока длиной 4000 см растягивается на 2 см при подвешивании к нему груза. В этом случае относительная деформация представляет собой пропорциональное изменение длины и составляет 2:4000 =0,0005.

Сопротивление материалов

Когда-то строители возводили несущие конструкции наугад, что иногда приводило к катастрофическим последствиям. Сегодня знание сопротивления материалов позволяют строить экономичные и надежные сооружения.
У небоскреба и сплетенной пауком паутины много общего. В обоих случаях создается каркас из очень прочных материалов, обеспечивающий прочность всего сооружения. Каркас небоскреба состоит из стальных балок, а паутина плетется из еще более прочного материала шелка. Это означает, что нить паука может выдержать больший вес, чем стальная нить такой же толщины.

Разведочные скважины

После того как найден перспективный участок, единственная возможность определить, есть ли там достаточное количество нефти, чтобы начать промышленную добычу, бурение разведочных скважин. Иногда буровые скважины достигают в глубину на 8 км. Буровое долото соединено с колонной бурильных труб длиной 9 м каждая и диаметром около 13 см. Башня, называется вышкой, используется для подъема труб на поверхность. У основания вышки находится стол бурового ротора, через который опускается колонна. В это время все устройство вращается. К колонне присоединяются дополнительные трубы, пока не будет достигнут нужной глубины. Однако буровое полотно иногда тупится. Чтобы его заменить, всю колонну извлекают из скважины, а затем после замены долота снова устанавливают на место. На выполнение всей операции может быть потрачен целый день.
В первых скважинах бурение в коллекторах высокого давления приводило к образованию фонтана - резкого выброса нефти или газа, с которым трудно было справиться и который мог вспыхнуть. Однако в настоящее время этого не происходит, поскольку скважина уплотненная тяжелой колонной специально приготовленного «бурового раствора». Насосом он подается вниз по бурильных трубах через отверстие в долоте, а затем вновь выводится на поверхность через пространство вокруг труб. Это пространство существует, поскольку трубы имеют меньший диаметр, чем буровое долото. Буровой раствор также смазывает долото и предотвращает его чрезмерное перегревание.
Буровой раствор, который возвращается на поверхность, выносит с собой материал, добытый из породы. Эта порода отделяется и анализируется. При появлении нефти исследуют ее качество, а также измеряют ее дебит (объем поступления за единицу времени). Если подтверждается хорошее качество нефти, то у устья скважины устанавливается оборудование для эксплуатации.

Сейсмическая разведка

При сейсмической разведке для определения типа пород измеряются ударные и низкочастотные звуковые волны, которые проходят через них. Термин «сейсмический» происходит от греческого слова seismos - землетрясение. Приборы для регистрации колебаний земной коры использовались еще в Древнем Китае в 132 г. к н. е. В конце XIX века. Было обнаружено, что колебания почвы могут гаситься слоями плотной породы под ним. Поэтому для изучения слоев начали применять искусственно создаваемые волны.
Ученые геофизики проводят сейсморазведку, вызывая ударные волны взрывами, грузами, что падают, или же акустические волны - мощными генераторами. Они распространяются вниз через твердые породы, однако часть энергии отражается от границ между различными типами породы. Сейсмоприёмники, расположенные на участке, что представляет интерес, регистрируют отраженные волны. Компьютер определяет состав и структуру породы на основании силы и скорости волн.

Гравиметрическая съемка

Сила гравиметрического поля Земли, так же как магнитного, меняется в зависимости от состава и структуры слоев. Поэтому точные измерения силы тяжести могут помочь определить бассейны осадконакопления. Основные породы, расположенные ниже, более плотные и, таким образом, величина силы притяжения больше, чем осадочных слоев, лежащих выше. Величины силы земного тяготения (веса) измеряются с помощью гравиметра. Он может транспортироваться в воздухе, по суше и морю. На море прибор необходимо устанавливать на устойчивой платформе для обеспечения точных показаний.

Магнитометрическая съемка

Напряженность магнитного поля Земли меняется в зависимости от геологической структуры земной коры. Осадочные породы практически немагнитные, однако породы слоев, залегающих ниже, - магнитные. Это приводит к незначительным колебаниям магнитного поля.
Измерения напряженности магнитного поля используются для определения места расположения и мощности бассейнов осадконакопления. Преимущество магнитометрической съемки заключается в том, что при ее использовании любой участок суши и даже породы под толщей морской воды могут быть обследованы быстро и без значительных затрат.
Напряженность магнитного поля Земли измеряется прибором, который называется магнитометр. Он обычно свисает с самолета, однако иногда его устанавливают в хвосте. Данные магнитометрической съемки постоянно регистрируются, пока исследовательский самолет летит на той же высоте.

Разведка

Разведка нефти включает прежде всего поиск участки, где земная кора содержит водонепроницаемую породу с расположенным ниже осадочным слоем. Осадочный слой, состоящий из песка, песчаника или доломита, играет роль коллектора нефти.
Разведка начинается с оценки имеющихся геологических условий, исследование верхних слоев. Окаменелости и взаимное расположение слоев помогают датировать и идентифицировать породы, а более точный возраст определяют с помощью радиоактивного метода. Если проведенное исследование поверхностных горизонтов указывает на то, что снизу может быть нефть, то геологи начинают изучать нижние, до нескольких километров глубиной, слои данного участка. Применяют такие геофизические методы разведки, как магнитометрическая, гравиметрическая и сейсмическая съемка.