لماذا تعتبر بعض المواد – مثل مادة كيفلر

لماذا تعتبر بعض المواد – مثل مادة كيفلر
مضادة للرصاص ؟!

تتكون المادة المركبة عادة من خصلات من الألياف ممزوجة مع مادة أخرى تسمى المصفوفة أو المنهجية . وذلك لتقويتها .

وأوضح أمثلة على ذلك هي في المادة التي كان يستخدمها الفراعنة لصنع أغطية المومياءات . ومثل آخر نأخذه من عصرنا الحديث في المانيا الشرقية سابقاً حيث كانوا يستخدمون مادة مركبة لتصفيح السيارات بها . والباكليت وهو الراتينج الصناعي الذي تتم تقويته بإضافة الزجاج أو ألياف الكربون إليه . وأحيانا نجد أن البعض يقوي الاسمنت بوضع صفائح من المعدن داخله . فيحميه من التداعي إذا تعرض لضغط عال بينما نجد أن في الخشب ، مادة مقوية طبيعية كما يقول المهندسون ، وذلك لوجود الياف السيليلوز فيها . وكيفلر هو الاسم الصناعي لمادة إكتشفها ستيفاني كاوليك عام 1965م وتحتوي هذه المادة أساساً على سلسلة جزئيات من صنع الإنسان وتعتمد هذه السلسلة على الترابط القوي بين حلقات ذرات الكربون تبلغ قوة هذه الحلقات نحو خمسة أضعاف الفولاذ وتتمتع بخاصية عدم التمدد أيضاً وحالياً تعد هذه المادة من أعظم اختراعات الإنسان .

وتعتبر طريقة صنع المواد المركبة هذه أمراً معقداً جداً وغير مفهوم حتى يومنا هذا ومازال المهندسون يستخدمونها في صنع العديد من الأشياء لكن بطريقة سرية وذلك فإن أهداف الاستخدام تختلف باختلاف أنواع المواد المركبة سواء كانت مقطعة أو طويلة منفردة أو منعزلة جامدة أو لينقاسية أو قابلة للتمدد وقد كتب المتخصصون العديد من الكتب الضخمة حول هذه المواد لذا فإن ما ستقرأه ألان يعتبر زيادة التوضيح .

لجميع المواد طاقة كامنه وأوضح مثل على ذلك في توتر سطح الماء . فإذا راقبت حشرة تسير فوق الماء سترى أن أرجلها تحدث نقطاً أو ثقوباً مخروطية على سطح الماء . وهذه الثقوب تزيد مساحة السطح بالطبع وتطفو الحشرة لأن طاقتها الكامنة ( الناتجة عن وزنها ) متزنة تماماً مع زيادة طاقة سطح الماء . وتميل السوائل إلى تقليل طاقة السطح لديها قدر الإمكان . ويمكنك ملاحظة ذلك حين تكون المساحة الإجمالية لسطح القطرات أقل من مساحة محتويات كمية الماء نفسها في عامود أسطواني رفيع . في الواقع ، تتصرف المواد الصلبة بالطريقة نفسها . لكن إيجاد مساحة أكبر في مادة جامدة يحتاج إلى زيادة في الطاقة .

الرصاصة

إن سرعة موجة الصدمة في أي مادة تعبر عادة عن سرعة الصوت في هذه المادة والتي ستكون بالطبع أسرع بكثير من سرعة الرصاصة . وبالتالي ، عندما تضرب الرصاصة سطح مادة جامدة ، فإن موجات الصدم ستتجه نحو الخارج على الجانبين بشكل أسرع من الرصاصة نفسها . وهذا يعني ، على المادة الواقية أن تتمتع بالوقت الكافي للقيام بمهمتها . وفي حالة المواد المركبة ستنتشر الصدمة في سلسلة من الانكسارات داخل المادة المصفوفة ،والتي تميل للسير بشكل مواز لسطح الألياف مبعدة الصدمة عن قلب المادة المركبة . وفي حالة مادة كيفلر نجد أن الألياف غير مرنة إلى حد يستوجب تسليط طاقة هائلة لتحقيق هذا الأمر . وإذا كانت الألياف مصفوفة بشكل متعاكس أو متصالب فإن الصدمة ستتفرع وتجد أسطحاً جديدة للصدمات التي تليها . ويحدث كل ذلك في اقل من عشر الثانية لكن الطاقة التي تمتصها المادة والتي تجد كل هذه الأسطح الجديدة ضمن الألياف قادرة تماماً على ردع رصاصة من الدخول .

لماذا لا يوفر لنا الفولاذ مثل هذه الحماية ؟

عدا عن خفة وزن المواد المركبة نسبة إلى الفولاذ ، فإن نوع الحماية التي يقدمها درع من الحديد قد تشكل خطراً على الإنسان ، حتى في حال عدم اختراقه ، لأن طريقة انتقال موجات الصدم داخله قد تسبب تقشراً على السطح الداخلي له . الأمر الذي يعتبر بخطورة الرصاصة نفسها . وهناك بعض أنواع من القذائف المضادة للدبابات ، مصممة خصيصاً لنسف الدبابات وتدميرها ، فما بالك بدرع من المادة نفسها لا تتجاوز سماكته سنتمترات .

أخيراً يجدر بنا أن نذكر أن استخدام المواد المركبة لا يقتصر على الأمور الحربية بل يتجاوز ليصبح مادة أساسية في صنع ( الفايبر غلاس ) الحديث الذي تتكون من المراكب والخزانات والكثير من أنواع المفروشات .