Керамика, стекло и математика

Стекло известно человеку с древнейших времён. Еще в древности люди умели изготавливать разные виды стекла: прозрачные, матовые, цветные. Они добивались придания необходимых стеклу свойств за счет изменения его состава и условий обработки. Основным компонентом первого стекла - кварцевого - являлся кремнезем. Но, так как его тугоплавкость сильно усложняла процесс выплавки, мастера стали снижать концентрацию кремнезема добавлением разных примесей - оксидов металлов. Изменение добавок приводило к получению стекла с требуемыми свойствами. Так, зная, какие вещества можно включить в состав, можно регулировать прочность стекла, температуру его варки и обжига, твердость, теплоемкость, прозрачность, цвет, преломляемость и другие свойства.

В настоящее время изготавливаются стекла самых разных назначений: для строительства, химической технологии, быта, декора и других нужд. Основное различие между ними заключается в прочности, тугоплавкости и устойчивости к воздействию едких химических веществ. Самые тугоплавкие и химически устойчивые стекла применяются в строительстве и промышленности, а стекла, используемые для производства посуды и декоративных изделий должны обладать легкостью, безопасностью и интересными с эстетической точки зрения оптическими эффектами.

Для будущего специалиста по изготовлению керамики особый интерес представляют декоративные стекла и способы их получения. Состав таких стекол отличается большой долей примесей, значительная часть которых - красители. Благодаря им в настоящее время возможно производить как цветное, так и бесцветное стекло, как прозрачное, так и матовое. Достаточно малая концентрация кремнезема в составе декоративного стекла делает его менее тугоплавким, что позволяет придавать ему самую разную форму и толщину. Это открывает перед мастерами широкие возможности в применении различных способов изготовления и обработки готового изделия.

Специалист по керамике, равно как и специалист любой другой сферы деятельности должен уметь грамотно организовать производство, правильно рассчитать, к чему могут привести те или иные его действия, и какие средства будут затрачены на изготовление конкретного изделия. В этом ему может помочь математика - фундаментальная основа всех естественных наук. Процесс изготовления изделий из стекла должен начинаться планом, включающим математические вычисления: от каких переменных зависит состав стекла, какими параметрами будут определяться его необходимые свойства, в каких пропорциях будут учитываться в составе стекла те или иные его компоненты.

В настоящей работе показано, какие математические понятия чаще всего встречаются при производстве стекла и какими математическими вычислениями оно сопровождается.

Ковалева А.А.