Aktuální číslo:

2017/12

Téma měsíce:

Kontakty

MIROSLAV RAAB: Materiály a člověk Netradiční úvod do současné materiálové vědy

Nakl. Encyklopedický dům, Praha 1999, náklad neuveden, cena 290 Kč
 |  5. 9. 2000
 |  Vesmír 79, 530, 2000/9

V češtině nevycházejí často ani knihy o materiálech, ani populární knihy o fyzice. A přesto vyšla kniha, která je naprosto netradičním spojením obého.

Zatímco Nauka o materiálu pánů F. Píška, L. Jeníčka a P. Ryše má jen v prvém dílu čtyři bytelné svazky, M. Raab na ploše 228 stran hovoří nejen o kovech, ale i o polymerech a keramikách, a ještě stačil zdůraznit kombinaci všech výše jmenovaných v kompozitních materiálech. Pravda, nejde mu o to, aby čtenář dokázal vybrat správnou ocel na stavbu mostu. Jako každý správný autor populárně-vědeckého textu se především snaží čtenáře poučit a pobavit. A jde mu to dobře! Na jedné stránce se dostane od velkomoravských kovářů k popelnicím v arizonském Tusconu, v jedné kapitole od sv. Augustina ke sprejerům. Celá kniha je složena z esejů svázaných vždy tématem kapitoly. Každý článek v kapitole je plný příkladů, doplňujících poznámek i obecnějších postřehů. Texty jsou oživeny spoustou ilustrujících, vysvětlujících a doplňujících obrázků, které mnohdy šetří místo tím, že jsou v okrajích stránek. Kniha se nemusí číst postupně, bez újmy lze pročítat i jednotlivé články na přeskáčku.

Pokud se do knihy skutečně začtete, čeká vás cesta kolem světa materiálů, jehož mapa je hned na straně 20. Po vysvětlení, proč se kniha zabývá právě materiály a proč se vrací tak hluboko ke kořenům, jsou připomenuty souvislosti mezi vyspělostí komunikační, informační a materiálovou. Tato část mimochodem obsahuje nejvíce citací z beletrie, básní, a dokonce i písňový text. Následuje šplhání po rozměrovém žebříku při vysvětlování pojmu hmota, kdy se od velikosti elementárních částic dostaneme - se zastávkami u chemických vazeb - až ke krystalům a amorfním látkám. S již vybudovanou představou o hmotě se nakonec dovíte víceméně vše podstatné o mechanických vlastnostech. Objasnění termínů v této kapitole, například pevnost a houževnatost, pro naprosté laiky považuji za jeden z didaktických zázraků. Potom naprosto přirozeně následuje kapitola seznamující s principy a konstrukcí kompozitních materiálů.

Až po těchto řekněme povinných kapitolách nastane ta pravá cesta kolem materiálového světa. První zastávkou je kontinent kovů. Za kapitolku o slitinách by se nemusela stydět ani vysokoškolská učebnice metalurgie. Do pár stránek nezbytné kapitoly o oceli se kromě neuvěřitelného množství informací o železe samotném vešlo i schéma metalografického mikroskopu. Dalšími zastávkami na tomto kontinentu jsou zlato, hliník a další. A jako suvenýr si můžete přivézt třeba složení federálních mincí. Já osobně bych se s ohledem na své zaměření zdržel i déle, ale pomyslné letadlo už odlétá.

Další zastávkou je kontinent keramiky, eufemisticky nazvaný anorganické nekovové materiály. Zde se zastavíme nejprve u výstavných čtvrtí hi-tech, u keramických náhrad kloubů, povlaků raketoplánů, v mystické a ne zcela pevné zemi keramického motoru i v samotné říši zázraků vysokoteplotních supravodičů, tvořených komplexními oxidy. Teprve pak sestoupíme do prostších krajů skel s jejich křišťálem a světlovody a objevíme i krásy na prvý pohled pustých pouští stavebních materiálů. Jen co si pod mikroskopem prohlédneme zdi hradu Tantallonu a nahlédneme do tajů stavby Panthenonu i dalších betonových budov, vypravíme se přes ostrov živic-asfaltů na kontinent polymerů.

Zde na nás bude přímo sálat autorova náklonnost k této zemi, jež je mu domovem (autor je zaměstnancem Ústavu makromolekulární chemie AV ČR). Po vylíčení její historie se začneme seznamovat s jejími obyvateli, ať už ve stavu kapalných krystalů, monomerů či přímo polymerů před nebo po skelném přechodu. Naučíme se rozlišovat druhy plastů pomocí kádinky s vodou a čisticího prostředku, dovíme se jak uspořádáním proměňovat polypropylen, jak si utkat neprůstřelnou vestu a jak vyrobit kontaktní čočku. Cestou se přes stále komplikovanější a komplikovanější polymery dostaneme až na zahrádku matky Přírody, kde se něco dovíme o dřevu, přetrhneme list jitrocele, zkusíme si zlámat kost nebo alespoň zub. Ten si můžeme zkusit vylomit o ulitu, lasturu, obzvláštní gurmáni i o krovku brouka. Spolu s průvodcem poté zajásáme nad odolností zubu i vybrané „mňamky“ a ohřejeme se u ledního medvěda.

Po dlouhé cestě si s Hérakleitem zvoláme „Panta rhei!“ a s prorokyní Deborou Skály tekly před Hospodinem (2. Soudců 5,5), načež se něco dovíme o principech reologie, řádění nenewtonovských kapalin, stárnutí a únavě. Nakonec budeme uvedeni do výhledové nabídky světa materiálů: budou tam materiály, kterým poručíme (úspěšněji než větru a dešti), materiály, které si vypěstujeme, a ty, které nás učiní neviditelnými jako bombardér B-2 Stealth. A poněvadž jsme v dobrém podniku, budeme na závěr ještě pohoštěni, samozřejmě že s ohledem na vlastnosti materiálů, čili potravin a nápojů.

Nakladatelství Encyklopedický dům vstoupilo na tenký led experimentu a ten se po jistém počtu iterací zjevně podařil. Po přečtení této knížky budete fascinovaně hledět i na kus omítky, který na vás ráno spadne ze stropu. A to se dovnitř jistě nevešlo vše, o čem by se tak dobře četlo. Vy, kteří váháte, zda je váš technický obzor dostatečně široký pro oceány světa materiálů, neváhejte a vězte, že kapitolu o únavě materiálů ilustruje jedna z Bartových historek. Pse náš, štěkot Tvůj zpět se k Tobě navrací! Haf!

Pokud knihu neseženete u svého knihkupce, můžete se obrátit přímo na nakladatelství buď na adresu Encyklopedický dům, s.r.o., Svobodova 1, 128 17  Praha 2, tel.: (02) 299 487, tel. + fax: (02) 249 205 76, anebo na URL adresu www.encyklopedie.cz (na obou adresách si ji můžete objednat se slevou).

Poznámky

1) Rukopis knihy vznikl za podpory GA ČR 106/98/0718
2) Recenze Jaromíra Kopečka: Vesmír 79, 530, 2000/9

(s. 185–186, 205–206)


Zuby

Zuby mají také vysokou tuhost a pevnost v tlaku. Mimořádně pozoruhodným materiálem je zubní sklovina – tvrdá, odolná proti oděru a přitom houževnatá, přestože se u běžných materiálů obvykle pevnost a houževnatost vylučují. Tajemství zubní skloviny je opět skryto v její zvláštní struktuře. Skládá se převážně z minerálu hydroxylapatitu ve formě vláknitých šestibokých krystalků tlustých jen několik mikrometrů a orientovaných kolmo k povrchu zubu. Tato krystalická vlákna mají ještě jemnou strukturu tvořenou mnohem menšími rovnoběžnými jehličkami.

Podstatné je, že mezi těsně uspořádanými minerálními krystaly zůstávají nepatrné póry, které jsou vyplněny vodou. Při skousnutí nebo při nárazu pohlcují mechanickou energii jako mikroskopické kapalinové tlumiče. Odpor tlumící kapaliny se zvyšuje elektrickými náboji, které vnější tlak vybuzuje na povrchu krystalické mřížky. To je zvláště účinné, je-li povrch hydroxylapatitu fluoridován. Tak lze částečně vysvětlit příznivé působení fluoru na odolnost zubů.

U zubů mořské ježovky je problém oděru vyřešen trochu jinak. Tito bezobratlí ostnokožci jsou příbuzní mořských hvězdic a také mají pětičetnou symetrii těla. Lezou po mořském dně a živí se drobnými živočichy nebo řasami, které pomocí zubů seškrabují ze skal. Na spodní straně těla mají ústa s pěti zuby; ovládá je výkonné žvýkací ústrojí, kterému se u některých ježovek říká Aristotelova lampa. Zuby neustále dorůstají. Pozornost materiálových odborníků upoutaly především svou strukturou, nápadně podobnou vláknovým kompozitům. Zub ježovky je z uhličitanu vápenatého CaCO3 ve dvou strukturních formách. V amorfní formě tvoří spojitou matrici a v ní jsou pak rovnoběžně s osou zubu uložena tenká vlákna, která jsou rovněž z uhličitanu vápenatého, ale ve formě dokonalých mikrokrystalů kalcitu. Obecně je pro pevnost kompozitu s krátkými vlákny rozhodující takzvaný aspektní poměr, tj. poměr délky vlákna k jeho průměru. Musí být dostatečně vysoký, aby se vlákna nevytahovala z matrice a svoji pevnost v kompozitu maximálně uplatnila. Třeba to není jen náhoda, že kalcitová vlákna v zubu ježovky mají aspektní poměr přibližně stejný jako vlákna dřeva, totiž asi 200. Za zmínku ještě stojí, že úzká oblast ve středu každého zubu je odolnější a méně se odírá než materiál na okraji. Proto střed stále vyčnívá jako ostrý hrot a ježovka má postaráno o trvale ostré zuby. […]

Nauka o materiálu pro mírně pokročilé labužníky

Můj přítel Mojmír je úspěšný a uznávaný materiálový technolog. Nebudu vás unavovat výčtem jeho patentů a mohu si odpustit i charakteristiku osoby, protože ta přesně odpovídá popisu pyknického typu ze základních učebnic psychologie. Z toho už je zřejmé, že Mojmír neustále bojuje s mírnou nadváhou a těší se z každého dobrého jídla, ať už je to biftek tlustý jako česko-anglický slovník nebo nastavovaná kaše (Mojmír jí říká „potravinový kompozit“). Právě tak vychutná s potěšením nejen deset let starý rýnský ryzlink z Lechovic, ale i řezané pivo U Černého vola. Nicméně psychologické učebnice zamlčují, že Mojmír je navíc vášnivý kuchař amatér. Je strašně zajímavé pozorovat, jak se u něj profesionální zaujetí pro materiálovou technologii a chemii promítá do podvečerních kuchařských výbojů a experimentů. Já sám vděčím jeho přátelství za mnoho prakticky cenných rad, opravdových perel kuchařské vědy. Tato vědní disciplína je sympatická zejména tím, že se její výsledky bezprostředně objevují v praxi, přesněji řečeno na talíři.

Onehdy jsem zastihl přítele Mojmíra při svačině. Na stolečku měl bílý ubrousek a mazal si na rozkrojenou housku cosi z malé červené misky.

„Tato pomazánka,“ pravil s plnými ústy, „je názorným příkladem toho, jak důležité pro chuť potravin jsou mechanické vlastnosti. Má tři složky: kousky plísňového sýra Niva, natvrdo uvařená vajíčka a majonézu. Díky své různé konzistenci přicházejí na jazyk postupně a výsledkem je báječně proměnlivá chuť…“

… „A teď si představ,“ pokračoval přítel, „že bych tu pomazánku zpracoval v mixéru. Chemické složení se nezmění, ale chuť bude úplně jiná. Řekl bych – méně zajímavá“.

Mechanické vlastnosti, hlavně pevnost v tlaku a tuhost, jsou podstatné pro chuťový dojem z kaviáru, znojemských okurek i těstovin; proto chutnají špagety jinak než třeba flíčky a dokonalý labužník by možná dokázal jazykem i přečíst jednotlivá písmenka těstovinové abecedy do polévky. Pevnost a křehkost se velice projeví také na chuti pečiva. To je hlavní důvod, proč se někdy přidává do těsta rum. Není to jen kvůli vůni, ale hlavně proto, že alkohol nabotná a částečně i rozpustí lepek neboli gluten přítomný v mouce. Tato směs bílkovin se pak jako pojivo rovnoměrně v tenké vrstvě rozptýlí mezi škrobovými zrny. „Veškerý rum se bohužel při pečení beze zbytku odpaří,“ prohlašuje Mojmír, „ale předtím ještě stačí zlepšit mezifázovou adhezi materiálu.“

Mojmír naučil celou naši rodinu spolehlivě vařit rýži. „Je to rutinní reprodukovatelný experiment, který se musí podařit vždy,“ tvrdí. To se přivede ve velkém hrnci dostatek osolené vody k varu a pak se do ní nasype jen tolik rýže, aby se ve vodě volně vznášela jako v polévce. Přesně po osmnácti minutách varu se rýže scedí přes síto a je to. Máte-li ještě asi deset minut a něco korun navíc, můžete získaný produkt dále zhodnotit. Na rozpálenou pánev (Mojmír používá klasickou litinovou, protože o degradaci polymerních povlaků ví své) dáte trochu sádla nebo oleje, přidáte na kolečka nakrájenou cibuli, a když zesklovatí, přisypete koření kari. V takto vzniklé jasně žluté lázni pak lehce opečete vařenou rýži, přidáte sterilovaný hrášek, prohřejete a přisolíte. Je to sváteční příloha k masu a s okurkou a strouhaným sýrem i chutné hlavní jídlo; zároveň si však každý takovým laboratorním cvičením uvědomí význam barvy v psychologii chuti. […]2)

Miroslav Raab: Materiály a člověk, Encyklopedický dům, Praha 1999

Ke stažení

OBORY A KLÍČOVÁ SLOVA: Chemie
RUBRIKA: Nad knihou

O autorovi

Jaromír Kopeček

RNDr. Jaromir Kopeček, PhD. /*1971/ vystudoval fyziku kovu na MFF UK. Ve Fyzikálním ústavu AV ČR v Praze se zabývá zejména fyzikou kovu.

Doporučujeme

Jak si delfíni ucpávají uši

Jak si delfíni ucpávají uši audio

Jaroslav Petr  |  17. 12. 2017
Hluk v mořích a oceánech produkovaný člověkem ohrožuje kytovce. Může je dočasně ohlušit nebo jim trvale poškodit sluch. Nově objevený fenomén by...
Tajemná sůva šumavská

Tajemná sůva šumavská

Jan Andreska  |  17. 12. 2017
Byl vyhuben a vrátil se. Na Šumavu lidskou snahou a do Beskyd vlastním přičiněním. Puštík bělavý teď žije opět s námi, ale ohrožení trvá.
Hmyz jako dokonalý létací stroj

Hmyz jako dokonalý létací stroj

Rudolf Dvořák  |  4. 12. 2017
Hmyz patří k nejdokonalejším a nejstarším letcům naší planety. Jeho letové schopnosti se vyvíjely přes 300 milionů let a předčí dovednosti všech...

Předplatným pomůžete zajistit budoucnost Vesmíru

Tištěná i elektronická
verze časopisu
Digitální archiv
od roku 1994
Speciální nabídka
pro školy a studenty

 

Objednat předplatné