Что такое упругость

Что такое эластичность кожи

Как сделать кожу лица упругой

Характеристики «эластичность» и «упругость» тесно связаны. В 99 случаев из 100 эти два понятия употребляются через запятую, а многие вообще думают, что это одно и то же. Действительно, они близки и играют равную по значимости роль для тонуса кожи. Но отличия между ними все же есть.

• Эластичность — способность кожи растягиваться без повреждения ее структуры.

• Упругость — способность кожи сопротивляться деформации, возвращаться в исходную форму при растяжении или сдавливании.

Вот что говорит по этому поводу медицинский эксперт Vichy Екатерина Турубара:

«За упругость кожи отвечают коллагеновые волокна, которые, как пружинный каркас матраса, восстанавливают поверхность тканей после компрессии. За эластичность же отвечают эластиновые волокна: они проходят диагонально под разными углами, «стягивая» дерму и препятствуя разъединению ее компонентов».

За эластичность кожи отвечают волокна эластина.

И коллагеновые, и эластиновые волокна синтезируются одними и теми же клетками — фибробластами. С течением времени их деятельность замедляется, а следовательно, эластина и коллагена становится меньше, что приводит к потере тонуса и далее по списку:

1. 1

   морщинам (складкам и заломам);

2. 2
3. 2

   дряблости кожи лица и тела.

Изотропия и анизотропия

Модуль упругости является характеристикой материала, которая описывает силу связи между его атомами и молекулами, однако конкретный материал может иметь несколько различных модулей Юнга.

Дело в том, что свойства каждого твердого тела зависят от его внутренней структуры. Если свойства одинаковы во всех пространственных направлениях, то речь идет об изотропном материале. Такие вещества имеют однородное строение, поэтому действие внешней силы в различных направлениях на них вызывает одинаковую реакцию со стороны материала. Все аморфные материалы обладают изотропией, например, резина или стекло.

Анизотропия — явление, которое характеризуется зависимостью физических свойств твердого тела или жидкости от направления. Все металлы и сплавы на их основе обладают той или иной кристаллической решеткой, то есть упорядоченным, а не хаотичным расположением ионных остовов. Для таких материалов модуль упругости меняется в зависимости от оси действия внешнего напряжения. Например, металлы с кубической симметрией, к которым относятся алюминий, медь, серебро, тугоплавкие металлы и другие, обладают тремя различными модулями Юнга.

Характеристики упругости металлов

Если сравнивать с модулем Юнга древесины, то средние значения этой величины для металлов и сплавов на порядок больше, что показано в следующей таблице.

Металл	Модуль Юнга в ГПа
Бронза	120
Медь	110
Сталь	210
Титан	107
Никель	204

Упругие свойства металлов, которые имеют кубическую сингонию, описываются тремя упругими постоянными. К таким металлам относятся медь, никель, алюминий, железо. Если металл имеет гексагональную сингонию, тогда для описания его упругих характеристик уже необходимо шесть постоянных.

Для металлических систем модуль Юнга измеряют в пределах 0,2 % деформации, поскольку большие значения могут происходить уже в неупругой области.

Диаграмма растяжения

Для исследования деформации растяжения стержень из исследуемого материала при помощи специальных устройств (например, с помощью гидравлического пресса) подвергают растяжению и измеряют удлинение образца и возникающее в нем напряжение. По результатам опытов вычерчивают график зависимости напряжения σ от относительного удлинения ε. Этот график называют диаграммой растяжения (рис. 10).

Рис. 10

Многочисленные опыты показывают, что при малых деформациях напряжение σ прямо пропорционально относительному удлинению ε (участок ОА диаграммы) – выполняется закон Гука.

Эксперимент показывает, что малые деформации полностью исчезают после снятия нагрузки (наблюдается упругая деформация). При малых деформациях выполняется закон Гука. Максимальное напряжение, при котором еще выполняется закон Гука, называется пределом пропорциональности σ_п. Он соответствует точки А диаграммы.

Если продолжать увеличивать нагрузку при растяжении и превзойти предел пропорциональности, то деформация становится нелинейной (линия ABCDEK). Тем не менее при небольших нелинейных деформациях после снятия нагрузки форма и размеры тела практически восстанавливаются (участок АВ графика). Максимальное напряжение, при котором еще не возникают заметные остаточные деформации, называется пределом упругости σ_уп. Он соответствует точке В диаграммы. Предел упругости превышает предел пропорциональности не более чем на 0,33%. В большинстве случаев их можно считать равными.

Если внешняя нагрузка такова, что в теле возникают напряжения, превышающие предел упругости, то характер деформации меняется (участок BCDEK). После снятия нагрузки образец не принимает прежние размеры, а остается деформированным, хотя и с меньшим удлинением, чем при нагрузке (пластическая деформация).

За пределом упругости при некотором значении напряжения, соответствующем точке С диаграммы, удлинение возрастает практически без увеличения нагрузки (участок CD диаграммы почти горизонтален). Это явление называется текучестью материала.

При дальнейшем увеличении нагрузки напряжение повышается (от точки D), после чего в наименее прочной части образца появляется сужение («шейка»). Из-за уменьшения площади сечения (точка Е) для дальнейшего удлинения нужно меньшее напряжение, но, в конце концов, наступает разрушение образца (точка К). Наибольшее напряжение, которое выдерживает образец без разрушения, называется пределом прочности. Обозначим его σ_пч (оно соответствует точке Е диаграммы). Его значение сильно зависит от природы материала и его обработки.

Чтобы свести к минимуму возможность разрушения сооружения, инженер должен при расчетах допускать в его элементах такие напряжения, которые будут составлять лишь часть предела прочности материала. Их называют допустимыми напряжениями. Число, показывающее, во сколько раз предел прочности больше допустимого напряжения, называют коэффициентом запаса прочности.
Обозначив запас прочности через n, получим:

\(~n = \frac{\sigma_{np}}{\sigma}\) .

Запас прочности выбирается в зависимости от многих причин: качества материала, характера нагрузки (статическая или изменяющаяся со временем), степени опасности, возникающей при разрушении, и т.д. На практике запас прочности колеблется от 1,7 до 10. Выбрав правильно запас прочности, инженер может определить допустимое в конструкции напряжение.

Предел упругости

Согласно определению, модуль упругости показывает, какое напряжение нужно приложить к твердому телу, чтобы его деформация составила 100 %. Однако все твердые тела обладают пределом упругости, который равен 1 % деформации. Это означает, что если приложить соответствующее усилие и деформировать тело на величину, меньшую 1 %, тогда после прекращения действия этого усилия тело точно восстанавливает свою первоначальную форму и размеры. При приложении слишком большого усилия, при котором величина деформации превышает 1 %, после прекращения действия внешней силы тело уже не восстановит первоначальные размеры. В последнем случае говорят о существовании остаточной деформации, которая является свидетельством превышения упругого предела данного материала.

История исследования упругости материалов

Физическая теория упругих тел и их поведения при действии внешних сил была подробно рассмотрена и изучена английским ученым XIX века Томасом Юнгом. Однако сама концепция упругости была развита еще в 1727 году швейцарским математиком, физиком и философом Леонардом Эйлером, а первые эксперименты, связанные с модулем упругости, провел в 1782 году, то есть за 25 лет до работ Томаса Юнга, венецианский математик и философ Якопо Рикатти.

Заслуга Томаса Юнга заключается в том, что он придал теории упругости стройный современный вид, который впоследствии был оформлен в виде простого, а затем и обобщенного закона Гука.

Какой бывает тургор кожи ― научный подход

Есть два вида тургора: нормальный и сниженный. У молодых людей, как правило, тургор в норме, кожа ровная, гладкая. Кожа со сниженным тургором не упругая, долго возвращается с начальное положение. Слабый тонус легко установить по симптомам:

• сухость;
• дегидратация;
• птоз или обвислость.

Снижение эластичности, один из первых признаков старения. Запустить обменный процесс в дерме достаточно трудно: нужно прибегнуть к аппаратным процедурам. Однако, помимо закономерных физиологических процессов, на потерю тургора может влиять множество других факторов:

• недостаточное потребление жидкости (именно питьевой воды, помимо чая, кофе, соков);
• интоксикация организма (например, при отравлениях);
• постоянный стресс;
• неправильное питание, диеты;
• бессонница;
• вредные привычки (курение, алкоголь);
• физическое переутомление;
• дисбактериоз;
• кислородное голодание;
• заболевания жизненно важных органов: печени, сердца, почек, пищеварительной системы.

В этих случаях восстановить тонус можно с помощью дополнительного увлажнения, и пересмотрев привычки. Как вести здоровый образ жизни после 40 читайте здесь…

Модуль Юнга в действии

Для определения модуля упругости, а также для понимания, как им пользоваться, можно привести простой пример с пружиной. Для этого необходимо взять металлическую пружину и измерить площадь круга, который образуют ее витки. Это делается по простой формуле S = πr², где п — число пи, равное 3,14, а r — радиус витка пружины.

Далее следует замерить длину пружины l без нагрузки. Если повесить какой-либо груз массой m₁ на пружину, тогда она увеличит свою длину до некоторой величины l₁. Модуль упругости E можно вычислить, исходя из знания закона Гука по формуле: E = m₁gl/(S(l₁-l)), где g — ускорение свободного падения. В данном случае отметим, что величина деформации пружины в упругой области может намного превышать 1 %.

Знание модуля Юнга позволяет предсказывать величину деформации при действии конкретного напряжения. В данном случае, если повесить на пружину другую массу m₂, получим следующую величину относительной деформации: d = m₂g/(SE), где d — относительная деформация в упругой области.

Что такое тургор кожи и как он может испортить настроение

Термин «тургор» чаще всего используют медицинские работники, например, косметологи или пластические хирурги. Но сегодня даже продавец в ларьке безапелляционно употребляет этот термин к месту и не к месту.

Обратившись к медицинским словарям, мы увидим, что буквально «тургор» означает «напряжение тканей» или «давление в клетках тканей, которое вызывает напряжение клеточной оболочки». Вследствие этого клетки становятся более упругими. Выражаясь простым языком, речь идет о эластичности и тонусе кожи. Эластичность тканей обусловлена возрастом организма и его здоровьем.

Тонус кожи указывает на ее возможность отторгать механическое воздействие, например, надавливание и оттягивание. О тургоре можно говорить после осмотра лица, шеи, кистей и других частей тела. Проверить тургор просто: нужно захватить участок эпителия (например, на щеке, подбородке или руке), сжать на пару секунд, резко отпустить. Если кожа распрямится  быстро – все в порядке, если через минуту – это звоночек первых проблем.

Как подтянуть и сделать упругой кожу

style=»display:block»
data-ad-client=»ca-pub-2971630162946731″
data-ad-slot=»9213322149″
data-ad-format=»auto»
data-full-width-responsive=»true»>

После каждой водной процедуры рекомендуется делать питательные и омолаживающие скрабы, которые можно приготовить в домашних условиях самостоятельно. Для их приготовления потребуются сливки, старый мед, морская соль. Все ингредиенты смешиваются и растираются легкими массажными движениями по поверхности лица. Можно приготовить скраб из смеси кокосового молока и овсяных хлопьев, взятых в одинаковых пропорциях. Техника нанесения аналогична.

Подтянуть кожу и сделать ее заметно более упругой поможет маска из дрожжей. 20 г дрожжей растворяют в небольшом количестве молока. Получившуюся смесь наносят на поверхность кожи на 20 минут. Маску необходимо смывать теплой водой. Если кожа проблемная, например, имеет повышенную жирность, то молоко рекомендовано заменить на перекись водорода.

Как сделать кожу лица упругой

Кожу в области шеи и лица можно подтянуть, используя 5% фруктовый уксус. Для приготовления раствора необходимо развести уксус напополам с водой. Ватным диском, смоченным в полученной смеси, протирают область лица и шеи. Увлекаться такой процедурой нельзя, так как она может сильно пересушить кожу.

Прочтите дополнительно еще одну статью про уход за кожей тела. Из нее вы узнаете как бороться с целлюлитом домашними средствами.

https://youtube.com/watch?v=IT1yns9PEJw

style=»display:block»
data-ad-client=»ca-pub-2971630162946731″
data-ad-slot=»9213322149″
data-ad-format=»auto»
data-full-width-responsive=»true»>

Модуль сдвига

Описание упругих свойств даже изотропного материала не обходится знанием одного модуля Юнга. Поскольку, помимо растяжения и сжатия, на материал можно подействовать сдвиговыми напряжениями или напряжениями кручения. В этом случае он будет реагировать на внешнее усилие иначе. Для описания упругой деформации сдвига вводят аналог модуля Юнга, модуль сдвига или модуль упругости второго рода.

Все материалы слабее сопротивляются сдвиговым напряжениям, чем растяжению или сжатию, поэтому значение модуля сдвига для них в 2-3 раза меньше, чем значения модуля Юнга. Так, для титана, модуль Юнга которого равен 107 ГПа, модуль сдвига составляет всего лишь 40 ГПа, для стали эти цифры имеют значения 210 ГПа и 80 ГПа, соответственно.

Определение слова «Упругость» по БСЭ:

Упругость — свойство макроскопических тел сопротивляться изменению их объёма или формы под воздействием механических напряжений. При снятии приложенного напряжения объём и форма упруго деформированного тела восстанавливаются.У. тел обусловлена силами взаимодействия атомов, из которых они построены. В твёрдых телах при температуре абсолютного нуля в отсутствии внешних напряжений атомы занимают равновесные положения, в которых сумма всех сил, действующих на каждый атом со стороны остальных, равна нулю, а потенциальная энергия атома минимальна. Кроме сил притяжения и отталкивания, зависящих только от расстояния (рис. 1) между атомами (центральные силы), в многоатомных молекулах и макроскопических телах действуют также угловые силы, зависящие от т. н. валентных углов между прямыми, соединяющими данный атом с различными его соседями (рис. 2). При равновесных значениях валентных углов угловые силы также уравновешены. Энергия макроскопического тела зависит от межатомных расстояний и валентных углов, принимая минимальное значение при равновесных значениях этих параметров.Под действием внешних напряжений атомы смещаются из своих равновесных положений, что сопровождается увеличением потенциальной энергии тела на величину, равную работе внешних напряжений по изменению объёма и формы тела. После снятия внешних напряжений конфигурация упруго деформированного тела с неравновесными межатомными расстояниями и валентными углами оказывается неустойчивой и самопроизвольно возвращается в равновесное состояние, точнее, атомы колеблются около равновесных положений. Запасённая в теле избыточная потенциальная энергия превращается в кинетическую энергию колеблющихся атомов, т. е. в тепло. Пока отклонения межатомных расстояний и валентных углов от их равновесных значений малы, они пропорциональны действующим между атомами силам, подобно тому как удлинение или сжатие пружины пропорционально приложенной силе. Поэтому тело можно представить как совокупность атомов-шариков, соединённых пружинами, ориентации которых фиксированы др. пружинами (рис. 2). Константы упругости этих пружин определяют Модули упругости материала, а упругая деформация тела пропорциональна приложенному напряжению, т. е. определяется Гука законом, который является основой упругости теории и сопротивления материалов.При конечных температурах (ниже температур плавления) даже без приложения и снятия внешних напряжений атомы совершают малые тепловые колебания около положений равновесия. Это приводит к тому, что модули упругости материала зависят от температуры, но не меняет существа рассмотренных явлений.В жидкости тепловые колебания имеют амплитуду, сравнимую с равновесным расстоянием r, вследствие чего атомы легко меняют своих соседей и не сопротивляются касательным напряжениям, если они прикладываются со скоростью, значительно меньшей скорости тепловых колебаний. Поэтому жидкости (как и газы) не обладают упругостью формы.В газообразном состоянии средние расстояния между атомами или молекулами значительно больше, чем в конденсированном. Упругость газов (паров) определяется тепловым движением молекул, ударяющихся о стенки сосуда, ограничивающего объём газа.Лит.: Фейнман Р., Лейтон Р., Сэндс М., Фейнмановские лекции по физике, 7, М., 1966, гл. 38, 39. Смирнов А. А., Молекулярно-кинетическая теория металлов, М., 1966, гл. 2. Френкель Я. И., Введение в теорию металлов, 4 изд., Л., 1972, гл. 2.А. Н. Орлов.Рис. 1. Зависимость потенциальной энергии взаимодействия двух атомов от расстояния r между ними. Равновесное состояние r отвечает наименьшему значению потенциальной энергии. На этом расстоянии силы притяжения и отталкивания между атомами уравновешены.Рис. 2. Шариковая модель элементарной ячейки кубического кристалла: а — в равновесии при отсутствии внешних сил. б — при действии внешнего касательного напряжения.

Модуль упругости дерева

Дерево относится к анизотропным материалам, поскольку древесные волокна ориентированы вдоль конкретного направления. Именно вдоль волокон измеряют модуль упругости древесины, поскольку поперек волокон он меньше на 1-2 порядка. Знание модуля Юнга для дерева играет важную роль и учитывается при проектировании конструкций из деревянных панелей.

Значения модуля упругости древесины для некоторых видов деревьев приведены в таблице ниже.

Вид дерева	Модуль Юнга в ГПа
Лавровое дерево	14
Эвкалипт	18
Кедр	8
Ель	11
Сосна	10
Дуб	12

Следует отметить, что приведенные значения могут отличаться на величину порядка 1 ГПа для конкретного дерева, поскольку на его модуль Юнга влияет плотность древесины и условия произрастания.

Модули сдвига для различных пород деревьев находятся в пределах 1-2 ГПа, например, для сосны это 1,21 ГПа, а для дуба 1,38 ГПа, то есть древесина практически не сопротивляется сдвиговым напряжениям. Данный факт должен учитываться при изготовлении деревянных несущих конструкций, которые проектируют так, чтобы они работали только на растяжение или сжатие.

Физическая природа упругости

Любое тело состоит из атомов, между которыми действуют силы притяжения и отталкивания. Равновесие этих сил обуславливает состояние и параметры вещества при данных условиях. Атомы твердого тела при приложении к ним незначительных внешних сил растяжения или сжатия начинают смещаться, создавая противоположную по направлению и равную по модулю силу, которая стремится вернуть атомы в начальное состояние.

В процессе такого смещения атомов энергия всей системы увеличивается. Эксперименты показывают, что при малых деформациях энергия пропорциональна квадрату величины этих деформаций. Это означает, что сила, будучи производной по энергии, оказывается пропорциональной первой степени величины деформации, то есть зависит от нее линейно. Отвечая на вопрос, что такое модуль упругости, можно сказать, что это коэффициент пропорциональности между силой, действующей на атом, и деформацией, которую эта сила вызывает. Размерность модуля Юнга совпадает с размерностью давления (Паскаль).