Настольная книга остеопата. Основы биомеханики движения тела - [92]

Если две внешних силы равны и действуют по одной линии навстречу друг другу, с противоположных концов структуры, в структуре развивается напряжение сжатия (рис. 15.3,b).

Напряжение сжатия = сила сжатия/площадь поперечного сечения(перпендикулярна направлению силы).

Если действует нагрузка сжатия, напряжение можно рассматривать как меру интенсивности силы, а деформацию — как количество укорочения и расширения, происходящего в структуре. Максимальное компрессионное напряжение наблюдается в плоскости, перпендикулярной нагрузке. Укорочение структуры сопровождается пропорциональным количеством расширения (боковая деформация).

Деформация сжатия = уменьшение длины (AL)/исходная длина (L).

При возникновении моментов сгибания в такой структуре, как длинная кость, в ней создаются и напряжения, и деформации, как сжатия, так и растяжения. Напряжение и деформация растяжения развиваются на выпуклой стороне, а напряжение и деформация сжатия — на вогнутой стороне продольной оси кости (рис. 15.4).

Рис. 15.4. Напряжение и деформация в длинной кости. Стрелки, идущие друг от друга на выпуклой стороне кости — напряжение и деформация растяжения. Стрелки, указывающие друг на друга на вогнутой стороне, — напряжение и деформация сжатия структуры

Если две внешних силы равны, параллельны и действуют в противоположном направлении, но не находятся на одной линии, они создают нагрузку смещения (срезания), которая вызывает напряжение смещения и деформацию структуры (рис. 15.5).

Рис. 15.5.Напряжение и деформация сдвига

Напряжение смещения = сила смещения/площадь поперечного сечения(параллельна направлению действующей силы)[5].

15.2.2. Кривые «нагрузка-деформация» и «напряжение-деформация»

Кривые «нагрузка-деформация» и «напряжение-деформация» используются для определения прочности строительных материалов, в том числе и тех, из которых построено тело человека: костей, связок, сухожилий, суставных капсул и других структур, которые составляют и укрепляют суставы. Кривая «нагрузка-деформация», на которой нагрузка (внешняя сила) сравнивается с деформацией, дает информацию в отношении прочности определенного материала или структуры (рис. 15.6).

Рис. 15.6.Кривая «нагрузка-деформация»:

_{A-B — область упругости;}

_{B-C — область пластичности, в которой наблюдается постоянная деформация;}

_{C — конечная точка излома, или повреждения; расстояние между A и В2 — количество постоянной деформации, которая наблюдалась бы в случае прекращения действия нагрузки в точке В1}

Кривую «нагрузка-деформация» можно преобразовать в график «напряжение-деформация», разделив силу на площадь поперечного сечения ткани и изменение длины (деформацию) на исходную длину (напряжение = сила/площадь поперечного сечения и деформация = увеличение длины/исходная длина). Кривая «напряжение-деформация», в которой напряжение выражается в нагрузке на единицу площади, а деформация — в изменении на единицу длины (или приросте деформации в процентах) используется для сравнения характеристик прочности одного материала по сравнению с другим. Хотя каждый вид материала дает уникальную кривую, некоторые характеристики кривых материалов с одинаковыми свойствами могут быть также одинаковыми.

Кривая «нагрузка-деформация», приведенная на рис. 15.6, дает информацию об упругости, пластичности, предельной прочности и жесткости материала, а также о количестве энергии, которую данный материал может запасать до момента излома. Первая область кривой от точки A до точки B является областью упругости. В этой области деформация материала не является устойчивой, и структура после прекращения нагрузки, возвратится в исходное состояние. Точка B является точкой, которая указывает на то, что данный материал перестает упруго реагировать, и после прекращения нагрузки здесь уже будет некоторая остаточная деформация. Таким образом, точка B обозначает конец области упругости, или предел упругости. Следующая область кривой, от B до C, является областью пластичности. В этой области деформация материала уже будет постоянной и сохранится после прекращения нагрузки. Если нагрузку убрать в точке B₂, то количество постоянной деформации будет представлено расстоянием от A до B₁. Если нагрузка продолжается в диапазоне пластичности, то материал будет деформироваться, вплоть до излома или разрушения в точке C.

Материалы считаются хрупкими или эластичными, или сочетаниями первого и второго, в зависимости от количества деформации, которую они могут претерпевать до достижения конечной точки излома. У хрупких материалов, таких как стекло, область деформации до излома очень мала. Пластичные материалы, типа мягких металлов, могут до излома подвергаться значительной деформации. Материалы также обладают такими свойствами, как упругость и прочность. Упругость — это способность материала поглощать и запасать энергию в диапазоне упругости, и высвобождать ее и затем возвращаться в исходное состояние сразу же после прекращения нагрузки. Прочность — это способность материала поглощать энергию в пределах диапазона пластичности. Прочность отражает сопротивление материала излому или способность поглощать значительные количества энергии до разрушения.