Жесткость и деформация материалов: от инженерии до биологии кожи.
Stiffness
Жёсткость материалов: определение, связь с деформацией и силой. Важный параметр в инженерии, измеряется модулем упругости. Гибкость – противоположность жёсткости.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Сопротивление деформации под действием силы
Resistance to deformation in response to force
Жесткость – это мера сопротивления объекта деформации под воздействием приложенной силы. Противоположным понятием является гибкость или податливость: чем гибче объект, тем он менее жесткий.
Stiffness is the extent to which an object resists deformation in response to an applied force. The complementary concept is flexibility or pliability: the more flexible an object is, the less stiff it is.
Соответствие
Обратной величиной жесткости является гибкость или податливость, обычно измеряемая в единицах метров на ньютон. В реологии она может быть определена как отношение деформации к напряжению и, следовательно, иметь размерность, обратную напряжению, например, 1/Па.
The inverse of stiffness is flexibility or compliance, typically measured in units of metres per newton. In rheology, it may be defined as the ratio of strain to stress, and so take the units of reciprocal stress, for example, 1/Pa.
Приложения
Жесткость конструкции имеет первостепенное значение во многих инженерных приложениях, поэтому модуль упругости часто является одним из основных свойств, рассматриваемых при выборе материала. Высокий модуль упругости предпочтителен, когда нежелательны деформации, а низкий – когда требуется гибкость. В биологии жесткость внеклеточного матрикса играет важную роль в направлении миграции клеток в процессе, называемом дюротаксисом. Другая область применения жесткости – биология кожи. Кожа поддерживает свою структуру благодаря внутреннему натяжению, в котором участвует коллаген, внеклеточный белок, составляющий около 75% ее сухого веса. Эластичность кожи – это параметр, представляющий интерес, характеризующий ее упругость и растяжимость, включающий такие свойства, как эластичность, жесткость и адгезия. Эти факторы имеют функциональное значение для пациентов. Это особенно важно для пациентов с травматическими повреждениями кожи, где эластичность может снижаться из-за образования и замещения здоровой ткани кожи патологическим рубцом. Оценка может проводиться как субъективно, так и объективно с использованием прибора, такого как Кутометр. Кутометр создает вакуум на коже и измеряет степень ее вертикального растяжения. Эти измерения позволяют дифференцировать здоровую кожу, нормальные рубцы и патологические рубцы, и метод применяется как в клинической практике, так и в промышленности для мониторинга патофизиологических последствий и эффективности лечения кожи.
The stiffness of a structure is of principal importance in many engineering applications, so the modulus of elasticity is often one of the primary properties considered when selecting a material. A high modulus of elasticity is sought when deflection is undesirable, while a low modulus of elasticity is required when flexibility is needed. In biology, the stiffness of the extracellular matrix is important for guiding the migration of cells in a phenomenon called durotaxis. Another application of stiffness finds itself in skin biology. The skin maintains its structure due to its intrinsic tension, contributed to by collagen, an extracellular protein that accounts for approximately 75% of its dry weight. The pliability of skin is a parameter of interest that represents its firmness and extensibility, encompassing characteristics such as elasticity, stiffness, and adherence. These factors are of functional significance to patients. This is of significance to patients with traumatic injuries to the skin, whereby the pliability can be reduced due to the formation and replacement of healthy skin tissue by a pathological scar. This can be evaluated both subjectively, or objectively using a device such as the Cutometer. The Cutometer applies a vacuum to the skin and measures the extent to which it can be vertically distended. These measurements are able to distinguish between healthy skin, normal scarring, and pathological scarring, and the method has been applied within clinical and industrial settings to monitor both pathophysiological sequelae, and the effects of treatments on skin.