Введение

В технике термин "изоэластичность" относится к системе упругих и растягивающих элементов (пружин и блоков), расположенных таким образом, чтобы изолировать физическое движение на одном конце и минимизировать или предотвратить аналогичное движение на другом. Такое устройство должно обеспечивать сохранение углового направления и выдерживать нагрузку в широком диапазоне перемещений. Наиболее распространенное применение изоэластичной системы – в опорной раме Steadicam, используемой для изоляции кино- или видеокамеры от движений оператора. Руки Steadicam работают по принципу пружинной лампы, поскольку каждая рука имеет два звена (аналогичных и обозначенных как части человеческой руки); верхнее и предплечье состоят из параллелограмма с диагональной системой пружин и тросов, обеспечивающей изоэластичность. Изоэластичная система находится под натяжением, чтобы компенсировать вес камеры и платформы Steadicam. Это натяжение позволяет камере и оператору двигаться вертикально и независимо друг от друга. Например, когда оператор бежит, колебания его тела поглощаются пружинами, что обеспечивает стабильность камеры. Рука также имеет неподрессоренные шарниры на обоих концах каждого звена, позволяющие ей сгибаться в горизонтальной плоскости (как локоть, а не как пружинная лампа). Чтобы понять принцип работы изоэластичной системы, необходимо сначала разобраться в работе пружин. Напряжение (упругая сила) в пружине пропорционально ее деформации согласно закону Гука. Это означает, что если к пружине подвесить груз, она будет совершать гармонические колебания относительно точки равновесия; когда груз находится выше точки равновесия, напряжение пружины уменьшается, и груз падает под действием силы тяжести, а когда груз находится ниже точки равновесия, напряжение пружины тянет его вверх. Если бы в Steadicam использовалась простая пружинная система, то при вертикальном движении оператора камера подвергалась бы гармоническим колебаниям и подпрыгивала бы вверх и вниз. Чтобы предотвратить это, используется изоэластичная система. Применяются большие, жесткие пружины с высоким модулем упругости, находящиеся под сильным натяжением. Затем используется сложная система блоков, чтобы большая сила, создаваемая пружиной, делилась, например, в пять раз, обеспечивая умеренное натяжение троса, выходящего из системы блоков. Однако, самое важное, при втягивании или вытягивании троса деформация пружины изменяется лишь на пятую часть этого расстояния, поэтому сила натяжения пружины практически не меняется. В результате система пружинных блоков может поддерживать довольно постоянное натяжение троса в широком диапазоне перемещений. Почти постоянная сила, создаваемая изоэластичной системой, используется в раме Steadicam для компенсации постоянной силы гравитации, действующей на массу камеры и крепления. В результате вес камеры почти точно уравновешивается силой натяжения во всем диапазоне вертикального движения, поэтому даже когда оператор прыгает вертикально, камера сохраняет вертикальное положение благодаря инерции, но остается сбалансированной, хотя и под другим углом. В результате камера не подпрыгивает в "сбалансированное" положение после движения, например, когда оператор поднимается на бордюр. Это обеспечивает лучшую изоляцию камеры и ее независимость от движений оператора. Оператор, конечно, может сознательно перемещать камеру вверх или вниз, если это необходимо. Однако на практике операторы камер предпочитают, чтобы рука не была идеально изоэластичной, чтобы камера естественным образом поднималась на удобную рабочую высоту; пружины натягиваются таким образом, чтобы это происходило очень медленно и без подпрыгиваний, обеспечивая плавность движения камеры.