Чем отличается упругость эластичность и пластичность

Разница между эластичностью и пластичностью

Содержание:

Ключевые области покрыты

1. Что такое эластичность
— определение, свойства, эластичные материалы
2. Что такое пластичность
— Определение, Свойства, Пластмассы
3. В чем разница между эластичностью и пластичностью
— Сравнение основных различий

Ключевые слова: эластичность, предел упругости, модуль упругости, эластомеры, пластичность, пластик, полимеры, термопласты, термореактивные материалы.

Что такое эластичность

Рисунок 1: Эластичные материалы

Эластичность материала описывается двумя параметрами:

Модуль упругости

Эластичный предел

Эластомеры

Эластомеры представляют собой резиноподобные материалы и обычно представляют собой аморфные полимеры (упорядоченная структура отсутствует). Эластичные свойства эластомеров возникают из-за достаточно слабых ван-дер-ваальсовых сил между полимерными цепями или достаточно нерегулярной структуры. Если силы между полимерными цепями слабы, это дает гибкость полимеру. Аналогично, если полимер имеет неорганизованную структуру, он позволяет полимеру быть более гибким. Но для того, чтобы полимер был гибким, он должен иметь некоторую степень сшивки.

Наиболее распространенным примером эластомеров является резина. Натуральный каучук состоит в основном из полиизопренового полимера. Следовательно, это соединение является причиной эластичности резины. Натуральный каучук получается из латекса каучукового дерева. Но резина может быть синтезирована для получения синтетического каучука.

металлы

Металлы также показывают некоторую степень упругости. Эластичность металлов обусловлена ​​изменением размеров и изменением формы кристаллических ячеек металлической решетки под действием приложенной силы.

Что такое пластичность

Рисунок 2: Пластмасса

Для напряжений, превышающих предел упругости, материал демонстрирует пластическое поведение. При пределе упругости материалы деформируются необратимо, и исходное состояние не может быть получено обратно. Это пластическое поведение. Материалы, которые демонстрируют определенную пластическую деформацию перед разрушением, называются пластичными материалами. Пример: медный металл. Но материалы, которые не проявляют деформации до разрушения, называются хрупкими. Пример: стекло.

Разница между эластичностью и пластичностью

Определение

деформация

Эластичность: Деформация упругих материалов обратима.

Пластичность: Деформация пластических материалов необратима.

Эластичные свойства

Эластичность: Материалы, демонстрирующие упругость, обладают упругими свойствами.

Пластичность: Материалы, проявляющие пластичность, не обладают упругими свойствами.

растягивание

Эластичность: Материалы, демонстрирующие упругость, не растягиваются быстро при растяжении.

Пластичность: Материалы, демонстрирующие пластичность, быстро растягиваются при растяжении.

стресс

Эластичность: Материалы, которые могут обратимо деформироваться в значительной степени, демонстрируют эластичность.

Пластичность: Материалы, которые являются пластичными или хрупкими, когда применяется сравнительно небольшое напряжение, проявляют пластичность.

Заключение

Ссылка:

1. «12.4. Эластичность и пластичность». Physics LibreTexts, Libretexts, 27 октября 2017 г.,

Источник

Упругость и пластичность

Упругость и пластичность

напряжений и деформаций тела, которые могут существовать не только в твердых телах, но и в жидкостях, газах и вообще в сплошных средах. В реальном твердом теле напряжение и деформация связаны определенными

зависимостями, которые могут быть установлены только на опыте. Людмила Фирмаль

Установление достоверности этих зависимостей является основной задачей при построении теории сопротивления материалов. Различные материалы имеют различные свойства, и отношение между напряжением и деформацией различно.

Так, при использовании определенной формулы сопротивления материала характеристики объекта, к которому применяются эти формулы, соответствуют основным предпосылкам, заложенным на основе их выводов. В зависимости от характера зависимости между напряжением и напряженностью в теле можно условно, имея в виду цель расчета: упругое тело и пластическое тело.

В частности, если пластическое тело находится под действием сил, то после их снятия оно не будет находиться в исходном состоянии, а деформация, сообщаемая силой, будет полной или частичной. Свойства упругости и пластичности относительны, а не абсолютны. Например, под действием большей силы стальная пружина, которая изгибается с небольшим усилием и полностью выпрямляется, подвергается прогибу, который не полностью восстанавливается. Так, для стали небольшая деформация является упругой,

а большая-пластичной. В то же время все пластические тела частично восстанавливают свою деформацию. Людмила Фирмаль

Таким образом, наряду со свойствами пластичности, существуют также свойства упругости. Изучение поведения упругих тел произвольной формы под действием произвольных сил является задачей специальной дисциплины, называемой теорией упругости. Иногда используется термин математическая теория упругости, и предполагается, что законы упругости известны, поэтому определение напряжений и деформаций, некоторых дифференциальных уравнений методом теории упругости, имеет всю свою общность и правильность, и все же недостаточно для того, чтобы судить о прочности реальной конструкции.

С другой стороны, точная постановка задачи определения напряжений и деформаций методом теории упругости часто приводит к непреодолимым математическим трудностям. Сопротивление материала неразрывно связано с теорией упругости, результаты которой широко используются, но она не считается упрощенной теорией упругости. Используя более простые математические методы, сопротивление материала ставит более широкую задачу, а именно суждение о прочности конструктивных элементов при наиболее полном возможном рассмотрении реальных свойств материала.

Кроме теории упругости и последующей, появилась теория пластики, изучающая общее положение поведения тела при нагрузках в области пластической деформации. Развитие теории пластичности существенно влияет на развитие теории сопротивления материалов, и книга содержит исходные сведения по теории пластичности.

Образовательный сайт для студентов и школьников

Копирование материалов сайта возможно только с указанием активной ссылки «www.lfirmal.com» в качестве источника.

© Фирмаль Людмила Анатольевна — официальный сайт преподавателя математического факультета Дальневосточного государственного физико-технического института

Источник

ТЕРМИНОЛОГИЯ

Прежде чем приступить к изучению законов биофизики, познакомимся с терминологией и основными понятиями, которыми оперирует эта наука. В нашей книге мы постарались использовать наиболее точную терминологию.

Виды силы и деформаций.Всякий раз, когда на ткань или материал воздействует какая-то сила, может произойти изменение формы или размера материала. Эта реакция, естественно, зависит от ряда переменных: вида материала, количества силы, продолжительности ее воздействия, температуры материала и т.д.

Такие изменения называются деформациями; силы и результирующие деформации, которые испытывают биологические ткани и другие материалы, делятся на три основные категории (рис. 5.2). Так, под действием сжимающего усилия материал может уменьшаться в размере. Этот вид деформации называется сжатием. Примером может служить действие массы тела на хрящ поверхности сустава. Когда на материал действует растяги-

Г л а в а 5 ■ Механические и динамические свойства мягких тканей

Факторы жесткости сустава

Рис. 5.3. Эластичная жесткость, представленная в виде идеальной пружины, демонстрирующей линейную взаимосвязь между усилием и смещением: более жесткая пружина проявляет более высокую степень жесткости (более крутая кривая) (а); линейная и нелинейная эластичность общего типа, при которой жесткость увеличивается по мере смещения (б)

параметров, как длина, относительная деформация не имеет единиц измерения. Это — чистое число или процент исходной длины. Таким образом,

Количество относительной деформации, обусловленной напряжением, определяется электрохимическими силами между атомами материала. Чем больше эти силы, тем выше напряжение перед производством данного количества относительной деформации. Все вышеизложенное достаточно точно описали Метьюз, Стейси и Гувер (1964). Молекулы материала удерживаются вместе силами притяжения. При отсутствии воздействия внешней силы длина материала определяется соотношением сил притяжения и отталкивания между молекулами. Когда материал удлиняется, расстояние между молекулами увеличивается; силы притяжения также увеличиваются, тогда как силы отталкивания уменьшаются. «Таким образом, в молекулах материала генерируется сила, которая тянет концы образца в положение без нагрузки. Это — эластичная сила».

Жесткость. В биофизике жесткость — это отношение силы к деформации. По мере увеличения силы деформация также увеличивается, однако ее степень, обусловленная любой данной силой, зависит от ткани. Жесткость можно изобразить кривой нагрузки-деформации; она отмечается наклоном в соотношении нагрузка-деформация. О ткани (такой, как кость), график которой характеризуется крутой кривой нагрузки-деформации, говорят, что она обладает высокой жесткостью. Такая ткань будет подвергаться деформации в меньшей степени при данном количестве силы. О ткани же, график которой характеризуется более покатым наклоном при данном количестве силы (например, хрящ), говорят, что она обладает невысокой жесткостью. Она будет подвергаться деформации в относительно большей степени.

Закон Гука и модуль упругости

Роберт Гук первым выявил многочисленные взаимоотношения между напряжением и деформацией. Согласно закону Гука, существует постоянная или пропорциональная арифметическая взаимосвязь между силой и удлинением. Одна единица силы производит одну единицу удлинения, две единицы силы производят две единицы удлинения и так далее. В контексте закона Гука ткани тела могут быть совершенно упругими или эластичными. Чтобы материал был совершенно упругим, необходимо соблюдение двух условий. Первое — эластичный элемент должен полностью восстанавливаться и в точности восстанавливать свои исходные размеры после деформации. Второе — мгновенное действие силы или ее устранение должно сопровождаться соответствующим изменением размеров без задержки.

Постоянной величиной в уравнении закона Гука является модуль упругости материала. Для разных материалов этот показатель неодинаков. Материалы, имеющие более высокий модуль упругости, характеризуются более высокой жесткостью.

Таким образом, чтобы вызвать деформацию в более жестком материале, необходима более высокая нагрузка. Модуль эластичности — это отношение единицы напряжения к единице деформации, где Y — пропорциональная постоянная. Следовательно, модуль эластичности равен величине нагрузки, вызывающей одну единицу деформации.

Продольное напряжение _ F / A FI Продольная деформация L /1 AL

Поскольку деформация — соотношение, не имеющее размеров, единицы

В материалах, которые не являются совершенно упругими, арифметическое соотношение силы и удлинения достигает значения, которое называют пределом эластичности. Эластичный предел — наименьшая величина нагрузки, необходимая для того, чтобы вызвать постоянную деформацию в теле. Ниже эластичного предела материалы восстанавливают свою исходную длину при устранении силы деформации. Если же приложить силу, превышающую предел эластичности, то после ее устранения матери-

Глава 5. Механические и динамические свойства лтгких-тканей

ал не восстанавливает свою исходную длину. Разница между исходной и новой длиной называется остаточной деформацией. Это постоянное удлинение называют также пластическим растяжением. Когда нагрузка превышает предел эластичности, между силой и деформацией уже не наблюдается линейной пропорциональной зависимости и материал удлиняется значительно больше с каждой единицей силы, превышающей предел эластичности.

При величине нагрузки, лишь немного превышающей предел эластичности, деформация происходит без дополнительной нагрузки. Это свойство называется пределом текучести. При воздействии силы, превышающей предел эластичности, кривая, как правило, выравнивается. Дальнейшее приложение силы приводит к возникновению постепенной недостаточности в сопротивляемости ткани к воздействующей на нее силе. В конце концов определяется максимальная сила, которую может выдержать ткань. Максимальная нагрузка, т. е. единица нагрузки на грани разрыва, называется пределом прочности материала.

Знание этих свойств ткани актуально не только для спортсменов, но и для обычных людей. Если человек намерен снизить вероятность или степень повреждения ткани в результате чрезмерного растяжения, ему необходимо в первую очередь укрепить те части тела, которые скорее всего могут пострадать. Так, в спорте для укрепления мышц и соответствующих тканей (связок и сухожилий) широко применяются различные формы силовой тренировки (например, использование отягощений, тренажеров), в результате чего ткани адаптируются к более высокому уровню нагрузок и их предел прочности повышается.

Факторы, влияющие на жесткость

Степень жесткости может изменяться под воздействием таких факторов, как старение, иммобилизация, повторение нагрузок. Во всех этих случаях степень жесткости снижается, сопротивление тканей относительно прикладываемой силы уменьшается, следовательно, увеличивается вероятность повреждений.

Пластичность— это способность материала к постоянной деформации под воздействием нагрузки, превышающей ее диапазон упругости. Следовательно, восстановление не происходит. После преодоления предела текучести пластическая реакция ткани включает значительное количество деформации с незначительным увеличением силы. По-видимому, не существует совершенно пластичных материалов (рис. 5.4).

Пластичность имеет большое значение для лечения различных травм. Известно, что длительная, периодически возникающая микротравма может привести к деформации тканей, которые проявляют пониженную стабильность, ведущую к снижению эффективности и качества жизни. Классическим примером является неправильное положение тела при нахождении на стуле. Со временем тело адаптируется к нагрузкам, увеличивая деформацию тканей спины и сокращая длину тканей передней час-

ти туловища, что приводит к сокращению диапазона движения, возникновению дискомфорта и боли.

С другой стороны, использование упражнений на растягивание и других ремоделирующих процедур играет важную роль с точки зрения улучшения функций или реабилитации. Спортсмены знают, что упражнения на растягивание (тренировка пластичности) способствуют улучшению гибкости, т. е. ткани адаптируются к силам растягивания путем увеличения гибкости. Важную роль играет развитие пластичности в реабилитационных процедурах.

Вязкость— это свойство материалов противодействовать нагрузкам, вызывающим сдвиг и нарушения. В отличие от эластичности и пластичности вязкость зависит от времени. Плунжер, погруженный в вязкую жидкость, классически иллюстрирует свойства вязкости. Чем быстрее вы стараетесь перемещать плунжер, тем выше давление в жидкости (рис. 5.5).

Вязкость особенно важна в спорте. Спортсмены знают о необходимости разминаться. Одна из причин этого — снижение вязкости тканей. В результате разминки ткани и жидкости организма разогреваются. Это понижает вязкость, вследствие чего увеличивается растяжимость.

Упруговязкость. Большинство биологических материалов не являются ни абсолютно эластичными, ни абсолютно пластичными. Они проявляют оба свойства, т. е. характеризуются упруговязким поведением. Под воздействием небольших нагрузок они проявляют эластичность, более высоких — пластичность. Кроме того, при продолжительном воздействии нагрузок ткани проявляют вязкую деформацию.

Гистерезиспредставляет собой феномен, связанный с потерей энергии упруговязкими материалами, когда они подвергаются циклам

Глава 5- Механические и динамические свойства мягких тканей

нагрузки и разгрузки (рис. 5.6). Вращение сустава начинается в среднем положении (О) и продолжается до полного сгибания (А). После этого происходит выпрямление (А, В, С) и сгибание (С, D, А). Очевидно, что эластичная жесткость (наклон) нелинейная и что имеет место гистерезис. Как считает Фрост (1967), когда эластичная ткань подвергается нагрузке-разгрузке, кривая нагрузки-деформации оказывается идентичной во время обеих фаз. Если же мы имеем дело с упруговязким материалом, кривые оказываются неидентичными. Если нагрузка прекращается до недостаточности ткани и осуществляется тест разгрузки, ниспадающая кривая понижающейся нагрузки не совпадает с восходящей кривой, несмотря

на отсутствие остаточной деформации в конце. Участок между нагрузочной и разгрузочной кривой отражает потерю энергии (конвертируемую в тепло).

Как и пластичность, гистерезис играет важную роль в различных терапевтических процедурах. Заслуживают внимания два момента, отмеченные Гардом (1988). Во-первых, гистерезис — желаемый эффект процедур, вызывающих положительную деформацию, направленную на достижение более благоприятного положения. Если бы ткани после начальной и отрицательной деформации оставались упругими, то изменения состояния не произошло бы. Следовательно, не произошла бы благоприятная деформация. Во-вторых, не следует забывать, что гистерезис является также частью патологического деформирующего цикла, обусловленного макротравмой или повторяющейся микротравмой.

Дата добавления: 2014-12-18 ; просмотров: 983 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

К реологическим свойствам тела относятся вязкость, упругость, эластичность и прочность.

Вязкость (или внутреннее трение) – свойство газов, жидкостей и твердых тел, обусловливающее сопротивление относительному перемещению слоев (течению под действием внешних сил). Для твердых тел – это сопротивление развитию остаточных деформаций.

Упругость – способность тел сопротивляться изменению их объема и формы под действием внешних сил, т. е. способность тела восстанавливать свою форму после снятия нагрузки.

Эластичность – способность материала при незначительных усилиях испытывать более или менее значительные упругие обратимые деформации без разрушения его структуры. Различие эластичности и упругости состоит в том, что упругость проявляется мгновенно, а эластичность – во времени.

Прочность – способность тела сопротивляться разрушению.

Наряду с указанными терминами используют также понятия: пластичность – свойство тел необратимо деформироваться под воздействием нагрузки и ползучесть – частный случай пластической деформации под действием постоянной нагрузки.Псевдопластичность— свойство, при котором вязкость жидкости уменьшается при увеличении напряжений сдвига.

Все законы реологии разработаны для идеальных тел.

Известны три основные модели идеальных тел: идеально упругое тело; идеально пластичное тело; идеально вязкая, или ньютоновская, жидкость.

У реальных тел не существует мгновенных деформаций. Установление равновесия между внешними и внутренними силами занимает некоторое, иногда большое, время.

В литературе пользуются термином мгновенные деформации, но это лишь означает, что они занимают весьма малое время. Время является не менее существенным фактором деформации, чем величина напряжения. Исследование кинетики деформации имеет большое значение. Представляет интерес рассмотреть следующие три элемента временной зависимости деформаций: влияние времени действия нагрузки, изменение тела во времени после снятия нагрузки и влияние скоростинагружения.

1. Зависимость деформации от времени действия нагрузки.

Основные виды зависимости деформации от времени действия деформирующей силы можно свести к пяти типам, представленным на фиг. 13. У ньютоновской жидкости деформации представляют собой линейные функции времени. Это положение является прямым следствием закона вязкости Ньютона.

В противоположность ньютоновской жидкости деформация идеально упругого тела (тела Гука) не зависит от времени (кривая 5). Между этими крайними видами зависимости располагаются кривые неньютоновских жидкостей и неидеально пластичных и упругих тел.

У псевдопластичных жидкостей деформация Е является нелинейной функцией времени (кривая 2). В частности, расход жидкости через трубу или капилляр не пропорционален времени. Этим объясняется плохаявоспроизводимость измерений аномальной вязкости.

Упруго-пластичные тела дают кривые 3 или 4. Часть их деформации, связанная с упругим компонентом, не зависит от времени действия деформирующей силы, другая же часть, связанная с вязкостью, является функцией времени. Если вязкость нормальная, то последняя часть деформации пропорциональна времени (кривая 3). При аномальной вязкости зависимость деформации от времени носит более сложный характер (кривая 4).

Однако ни один из реальных пищевых материалов не может быть полностью уподоблен ни одному из указанных идеальных тел.

Чаще всего пищевые материалы соответствуют сложным моделям, представляющим собой комбинацию простых, т. е. являются или упругопластичными, или упруговязкими, или вязкопластичными телами. Причем в зависимости от условий (температуры, влажности, давления, способа и скорости приложения нагрузки) то одни, то другие свойства проявляются в большей или меньшей степени. Поэтому при изучении реологических свойств обязательно должны быть четко указаны условия испытаний, в противном случае полученные результаты будут несопоставимы.

Многие пищевые массы, помимо твердого и жидкого состояний, образуют структуры, которые по физическим свойствам занимают промежуточное положение. К ним относятся белковыеиуглеводные студни, суспензии разной концентрации (вплоть до паст), эмульсии и пены.

Наличие внутренней структуры придает таким системам определенные механические свойства – упругость, пластичность, вязкость, прочность, которые объективно характеризуют ихконсистенцию. Механические свойства зависят от природы входящих веществ и их соотношения, а также от сил взаимодействия между ними.

При изучении структурно-механических свойств пищевых материалов исследуется развитие деформаций во времени. В основном изучают два вида деформации – сжатие (растяжение) и сдвиг. В первом случае напряжение действует перпендикулярно поверхности образца, во втором – по касательной (тангенциально).

Результаты исследования структурно-механических свойств обычно выражают графически в виде кривых кинетики деформации.

Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций.

Источник