Условные шкалы

Условные шкалы – шкалы, в которых не определена единица величины. К ним можно отнести шкалы порядка, применяемые для оценивания некоторых физических величин. Условные шкалы иногда называются неметрическими в отличие от шкал интервалов, отношений и абсолютных, которые используют для оценки «метризованных свойств», соответствующих полной аксиоматике числа.

Наиболее известные условные шкалы – шкалы твердости («шкалы чисел твердости»). Твердость оценивается по условным шкалам Бринелля (НВ), Виккерса (HV), Роквелла (НR) и некоторым другим.

По условной шкале Бринелля твердость измеряют, вдавливая стальной закаленный шарик (диаметром 10 мм, 5 мм, 2,5 мм) в испытуемый образец, с помощью отношения силы (нагрузки) F на шарик к площади S отпечатка, остающегося на образце:

_______

НВ = F/S = F/ [πD(D – √D² – d²)],

где D – диаметр шарика, мм;

d – диаметр отпечатка, мм;

F – нагрузка на шарик, измеряемая в ньютонах (Н).

Иногда силу измеряют в единицах силы технической системы единиц (1 кгс = 9,8 H).

По условной шкале Виккерса число твердости определяют, вдавливая в испытуемый образец алмазный наконечник, имеющий форму четырехгранной пирамиды (с углом при вершине 136°), с приложением силы F от 49 Н (5 кгс) до 980 Н (100 кгс) в течение времени выдержки, например, 10 с, 15 с, 20 с. После приложения силы измеряют с помощью микроскопа длины диагоналей на отпечатке d1, d2. Число твердости по Виккерсу определяется по формуле

HV = 1,854 F/2d.

где d = (d1 + d2)/2.

В условных единицах оценивают и твердость по Роквеллу. При измерении твердости по Роквеллу стандартный наконечник (стальной шарик или алмазный конус) вдавливают с помощью прессов Роквелла в испытуемый образец под действием двух сил предварительного нагружения F0 и общего нагружения F, причем F = F0 + F1.

Пресс Роквелла имеет три шкалы (А, В, С). Измерение твердости по шкалам А и С производится путем вдавливания в образец алмазного наконечника (конус с углом 120°). При измерении по шкале А F0 = 98 Н (10 кгс), F1 = 490 Н (50 кгс), а общая сила F =588 Н. При измерении по шкале С усилие F0 = 98 Н, F1 = 1372 Н (140 кгс), F = 1470 Н (150 кгс). Для сравнительно мягких материалов используют шкалу В. В этом случае вдавливают стальной шарик диаметром 1,588 мм под действием нагрузок F0 = 98 Н, F1 = 882 Н (90 кгс), F1 = 980 H (100 кгс). Твердость по Роквеллу обозначают в зависимости от применяемой шкалы (НRА, НRВ, НRС) указанием числа твердости, которое определяется в случае использовании шкал А и С по формуле

НR = 100 – (h – h0)/0,002,

в случае использования шкалы В

НRВ = 130 – (h – h0)/0,002,

где h0 – глубина внедрения наконечника в образец под действием силы предварительного нагружения,

h – глубина внедрения наконечника в образец под действием силы общего нагружения, измеренного после снятия нагрузки F1 с оставлением предварительной нагрузки.

В России имеется специальный эталон воспроизведения твердости по шкалам НRС и НRСэ (шкала Супер-Роквелла). Для пересчета шкал НRС и НRСэ, существуют официальные таблицы. В настоящее время требования к твердости рекомендуется указывать числа по шкале НRСэ.

В связи с модернизацией российского государственного эталона твердости по шкалам Роквелла и Супер-Роквелла в разработанных во ВНИИФТРИ методических указаниях МИ 2211–92 «Государственная поверочная схема для средств измерений твердости по шкалам Роквелла и Супер-Роквелла» было принято единое обозначение HRC (взамен HRC_э). Затем аналогичное решение было зафиксировано и в межгосударственном стандарте ГОСТ 8.064 – 94. «ГСИ. Государственная поверочная схема для средств измерений твердости по шкалам Роквелла и Супер-Роквелла» В соответствии с этим были внесены изменения в ГОСТ 2.310 – 68 «ЕСКД. Нанесение на чертежах обозначений покрытий, термической и других видов обработки».

Для внедрения принятых решений можно руководствоваться следующими рекомендациями:

– во вновь выпускаемой технической документации обозначать числа твердости по шкале С Роквелла пользуясь обозначением НRC;

– в действующей конструкторско-технологической документации из обозначений HRC_э индекс «э» исключить;

– в конструкторско-технологическую документацию, изданную до 1979 г. и не измененную в соответствии с требованиями новой версии ГОСТ 8.064, внести изменения в соответствии с таблицей в стандарте ГОСТ 8.064 – 94 и затем исключить индекс «э» из обозначения HRC_э.

– обозначения чисел твердости HRC и HRC_э считать равнозначными.

Твердость некоторых веществ (элементов) по шкале Мооса

Вещество	Твердость
Наименование русское	Наименование международное	Обозначение химического элемента
Алмаз	Diamond	С	10,0
Бор	Boron	В	9,5
Хром	Chromium	Cr	9,0
Кремний	Silicon	Si	7,0
Тантал	Tantalum	Та	7,0
Вольфрам	Tungsten	W	7,0
Иридий	Iridium	lr	6,5
Рутений	Ruthenium	Ru	6,5
Германий	Germanium	Ge	6,25
Молибден	Molybdenum	Mo	6,0
Кобальт	Cobalt	Co	5,5
Марганец	Manganese	Mn	5,0
Палладий	Palladium	Pd	4,8
Железо	Iron (ferrum)	Fe	4,5
Цирконий	Zirconium	Zr	4,5
Платина	Platinum	Pt	4,3
Бериллий	Beryllium	Be	4,0
Титан	Titanium	Ti	4,0
Никель	Nickel	Ni	3,8
Мышьяк	Arsenic	As	3,5
Медь	Copper (cuprum)	Cu	3,0
Алюминий	Aluminium	Al	2,9
Серебро	Silver (argentum)	Ag	2,7
Висмут	Bismuth	Bi	2,5
Цинк	Zinc	Zn	2,5
Золото	Gold (aurum)	Au	2,5
Теллур	Tellurium	Те	2,3
Кадмий	Cadmium	Cd	2,0
Сера	Sulphur	S	2,0
Селен	Selenium	Se	2,0
Магний	Magnesium	Mg	2,0
Олово	Tin (stannum)	Sn	1,8
Кальций	Calcium	Ca	1,5
Свинец	Lead (plumbum)	Pb	1,5
Индий	Indium	In	1,2
Литий	Lithium	Li	0,6
Калий	Potassium	K	0,5
Натрий	Sodium (natrium)	Na	0,4
Рубидий	Rubidium	Rb	0,3
Цезий	Cesium	Cs	0,2

Для сравнения землетрясений по их силе в мире применяются различные сейсмические (условные) шкалы. Так, в России действует эмпирическая 12-балльная шкала. В ряде стран применяются эмпирические сейсмические шкалы (10-балльные и 12-балльные), отличающиеся по оценке силы землетрясений.

За последнее время в мире получила распространение сейсмическая шкала Рихтера (шкала магнитуд), основанная на оценке энергии сейсмических волн, возникающих при землетрясениях. Соотношения между магнитудой землетрясения и его силой в эпицентре по шкале Рихтера зависят от глубины очага и представляются 12-балльной шкалой (предложена в 1935 г. американским сейсмологом Ч. Рихтером).

Бофорта шкала – условная шкала для визуальной оценки силы (скорости) ветра в баллах по его действию на наземные предметы или по волнению на море. Была разработана английским адмиралом Ф. Бофортом в 1806 и сначала применялась только им самим. В 1874 Постоянный комитет Первого метеорологического конгресса принял шкалу Бофорта для использования в международной синоптической практике. В последующие годы шкала Бофорта менялась и уточнялась. В 1963 шкала Бофорта была принята Всемирной метеорологической организацией. Шкалой Бофорта широко пользуются в морской навигации. Ниже представлены два варианта шкал Бофорта, позаимствованные из разных источников.

Вариант представления шкалы Ф. Бофорта

Баллы/Характеристика ветра	Скорость ветра км/ч	Действие ветра
0. Штиль	Менее 1	Полное отсутствие ветра. Дым из труб поднимается отвесно
1. Тихий	2-5	Дым из труб поднимается не совсем отвесно
2. Легкий	6-11	Ощущается лицом как легкое дуновение. Слегка колеблет вымпел; листья шелестят
3. Слабый	12-19	Колеблются листья и мелкие сучья. Развеваются легкие флаги
4. Умеренный	20-28	Колеблются тонкие ветки деревьев. Ветер поднимает пыль и клочки бумаги
5. Свежий	29-38	Колеблются большие сучья. На воде появляются волны
6. Сильный	39-49	Колеблются большие ветки. Гудят телефонные провода
7. Крепкий	50-61	Качаются небольшие стволы деревьев. На море поднимаются пенящиеся волны
8. Очень крепкий	62-74	Ломаются ветки деревьев. Трудно идти против ветра
9. Шторм	75-88	Небольшие разрушения. Срываются дымовые трубы и черепица
10. Сильный шторм	89-102	Значительные разрушения. Деревья вырываются с корнем
11. Жестокий шторм	103-117	Большие разрушения
12. Ураган	Более 117	Производит опустошительные действия

Сила ветра у земной поверхности по шкале Бофорта (на стандартной высоте 10 м над открытой ровной поверхностью)

Баллы Боф-форта	Словесное определение силы ветра	Скорость ветра, м/с	Действие ветра
на суше	на море
	Штиль	0-0,2	Штиль. Дым поднимается вертикально	Зеркально гладкое море
	Тихий	0,3-1,5	Направление ветра заметно по относу дыма, но не по флюгеру	Рябь, пены на гребнях нет
	Лёгкий	1,6-3,3	Движение ветра ощущается лицом, шелестят листья, приводится в движение флюгер	Короткие волны, гребни не опрокидываются и кажутся стекловидными
	Слабый	3,4-5,4	Листья и тонкие ветви деревьев всё время колышутся, ветер развевает верхние флаги	Короткие, хорошо выраженные волны. Гребни, опрокидываясь, образуют стекловидную пену, изредка образуются маленькие белые барашки
	Умеренный	5,5-7,9	Ветер поднимает пыль и бумажки, приводит в движение тонкие ветви деревьев	Волны удлинённые, белые барашки видны во многих местах
	Свежий	8,0-10,7	Качаются тонкие стволы деревьев, на воде появляются волны с гребнями	Хорошо развитые в длину, но не очень крупные волны, повсюду видны белые барашки (в отдельных случаях образуются брызги)
	Сильный	10,8-13,8	Качаются толстые сучья деревьев, гудят телеграфные провода	Начинают образовываться крупные волны. Белые пенистые гребни занимают значительные площади (вероятны брызги)
	Крепкий	13,9-17,1	Качаются стволы деревьев, идти против ветра трудно	Волны громоздятся, гребни срываются, пена ложится полосами по ветру
	Очень крепкий	17,2-20,7	Ветер ломает сучья деревьев, идти против ветра очень трудно	Умеренно высокие длинные волны. По краям гребней начинают взлетать брызги. Полосы пены ложатся рядами по направлению ветра
	Шторм	20,8-24,4	Небольшие повреждения; ветер срывает дымовые колпаки и черепицу	Высокие волны. Пена широкими плотными полосами ложится по ветру. Гребни волн начинают опрокидываться и рассыпаться в брызги, которые ухудшают видимость
	Сильный шторм	24,5-28,4	Значительные разрушения строений, деревья вырываются с корнем. На суше бывает редко	Очень высокие волны с длинными загибающимися вниз гребнями. Образующаяся пена выдувается ветром большими хлопьями в виде густых белых полос. Поверхность моря белая от пены. Сильный грохот волн подобен ударам. Видимость плохая
	Жестокий шторм	28,5-32,6	Большие разрушения на значительном пространстве. На суше наблюдается очень редко	Исключительно высокие волны. Суда небольшого и среднего размера временами скрываются из вида. Море всё покрыто длинными белыми хлопьями пены, располагающимися по ветру. Края волн повсюду сдуваются в пену. Видимость плохая
	Ураган	32,7 и более		Воздух наполнен пеной и брызгами. Море всё покрыто полосами пены. Очень плохая видимость

Дата добавления: 2015-07-12