Astrofizyka w wytrzymałości materiałów

Podczas jednej z tutejszych dyskusji, pewien bardzo sympatyczny Pan (pozdrawiam!) usiłował mnie przekonać, że profesor Artymowicz - jako wybitny astrofizyk - ma takie same lub nawet większe kwalifikacje do naukowego zajmowania się katastrofą smoleńską niż np. profesor Binienda.

Zostało to przez niego uzasadnione w następujący sposób:

"1/ niewątpliwie YKW jest wybitnym uczonym,

2/ warunkiem prowadzenia badań w zakresie astrofizyki na wysokim poziomie jest dogłębna wiedza z zakresu mechaniki, termodynamiki, mechaniki ośrodków ciągłych, hydrodynamiki, magnetohydrodynamiki itd.. I tak dla przykładu mechanika ośrodków ciągłych jest podstawą wytrzymałości materiałów a hydrodynamika aerodynamiki,

3/ YKW jest doświadczonym pilotem i pasjonatem lotnictwa.

Pozwala to w sposób kompetentny zajmować się problemami analizą problemów związanych z katastrofą smoleńską. "

Na moją nieśmiałą odpowiedź, że:

„jeżeli może to robić astrofizyk (którego dysponuje tylko wiedzą ogólną), to czemu miałby tego nie robić człowiek dysponujący wiedzą szczegółową?”

uzyskałem odpowiedź: „Niech to robi, byleby nie popełniał kompromitujących błędów.”

W tej notce chciałbym pokazać, że nawet świetny astrofizyk o dużym dorobku, ale zajmujący się badaniem np. pyłów międzygwiazdowych i podwójnych czarnych dziur, wkraczając na obcy sobie teren wytrzymałości materiałów staje się tylko utalentowanym półamatorem.

Tacy wybitni i wszechstronni badacze jak Feynman, są wyjątkami potwierdzającymi regułę. I profesor Artymowicz niestety do nich nie należy.

Wydaje się to być logiczne, w przeciwnym razie na uczelniach wyższych wystarczyłby jeden kierunek : fizyka (lub astrofizyka), po ktorym każdy mógłby się zajmować wszystkim: od projektowania mikroprocesorów i wieżowców po badanie galaktyk aktywnych.

Powróćmy więc jeszcze raz do publikacji prof. Artymowicza "Inżynieria skrzydła a jego starcie z drzewem". Przyjrzyjmy się sposobowi wyliczenia przez prof. Artymowicza siły, która spowodowała jego zdaniem złamanie brzozy w Smoleńsku. Rodzaj parametru dla zginania brzozy został przyjęty poprawnie (MOR), natomiast liczenie „wytrzymalosci jako naprezenia krytyczne materialu razy pole przekroju” i podstawianie jako „naprężenia krytycznego” wielkości MOR jest już błędne. W ten sposób możemy liczyć element przy np niemimośrodowym rozciąganiu lub ściskaniu, gdy naprężenia normalne są takie same w całym przekroju oraz gdy przyjmiemy za naprężenie krytyczne właściwy parametr.

Jednak liczenie w ten sposób maksymalnych naprężeń w przekrojach zginanych, gdzie rozkład naprężeń normalnych jest nierównomierny w przekroju, świadczy tylko o niezrozumieniu tego stanu obciążenia materiału oraz podstaw mechaniki materiałów.

By pokazać liczbowo jak duże błędy popełnia YKW w swych obliczeniach, spróbujmy policzyć siłę z jaką musielibyśmy zadziałać na brzozę by ją złamać. Zrobimy to na dwa sposoby. Pierwszy : zgodny z prawami fizyki i stosowany przez pokolenia inżynierów na całym świecie, oraz drugi: zaproponowany w swej notce przez profesora Artymowicza.

Przyjmijmy na początek następujące parametry brzozy oraz uproszczenia:

Średnica : 50 cm (stała na długości)

Brzoza posiada jednolite wymiary i parametry na całej swej długości.

Wytrzymałość na zginanie (MOR): 44 MPa

Ramię przyłożonej siły: 6,5 m

Schemat statyczny: belka wspornikowa, utwierdzenie na poziomie gruntu.

Siła przyłożona statycznie

Teraz policzmy siłę potrzebną do złamania brzozy.

1. METODA WYTRZYMAŁOŚCIOWA, z zastosowaniem zwykłych wzorów z wytrzymałości materiałów

Wskaźnik wytrzymałości przekroju na zginanie:

Maksymalny moment zginający:

Siła łamiąca brzozę P:

2. METODA ASTROFIZYCZNA, z wykorzystaniem wzoru zaproponowanego przez profesora astrofizyki:

Powierzchnia przekroju:

Siła łamiąca brzozę P:

Porównajmy teraz otrzymane wyniki: 8639 kN > 83 kN.

Czyli: siła potrzebna do złamania brzozy wynosi ponad 80 kN (ok 8,5 T), natomiast według obliczeń metodą YKW powinna być ponad 100 razy większa: ok 8 600 kN (ok 880 T). Czytelnikom pozostawiam do oceny, czy taka brzoza byłaby pancerna, czy też już może grafenowa.

Można zmienić schemat statyczny, policzyć w ten sposób brzozę, belkę czy cokolwiek innego – obliczenia wg metody prof Artymowicza dadzą błędne wyniki, bo są niezgodne z mechaniką materiałów.

Podsumowując: najrozsądniejszym wydaje się jednak, gdy wytrzymałowiec zajmuje się badaniem wytrzymalości, fizyk fizyką, inżynier inżynierią, a astronomowie,astrofizycy i kosmonauci badaniem kosmosu. Z pożytkiem dla wszystkich.