Вт = В

Итак, нарисуйте прямоугольник с двумя стрелками одинаковой длины, выходящими из центра, одна направлена ​​вверх, а другая — вниз.Обозначьте один вес, направленный вниз (или W или F _г ), а другой — плавучесть (или B или F _b ).

Плавучесть — это сила, которую испытывают объекты при погружении в жидкость. Жидкости — это вещества, которые могут течь. Все жидкости и газы — это жидкости. Воздух — это газ, поэтому воздух — это жидкость. Но подождите, разве книга в предыдущем примере не была погружена в воздух? Я сказал, что в этой задаче всего три объекта: книга, стол и Земля.А что с воздухом? Разве мы не должны нарисовать на книге вторую стрелку, направленную вверх, чтобы обозначить подъемную силу воздуха на книге?

Воздух действительно существует, и он действительно оказывает восходящую силу на книгу, но действительно ли добавление дополнительной стрелки к предыдущему примеру помогает нам каким-либо образом понять ситуацию? Возможно нет. Люди плавают в воде, и даже когда они тонут, они чувствуют себя легче в воде. Выталкивающая сила в этом примере значительна. Вероятно, в этом вся проблема.Книги в воздухе просто кажутся книгами. Какая бы подъемная сила ни была приложена к ним, это незаметно и довольно трудно измерить.

Анализ — это навык. Это не набор процедур, которым нужно следовать. Когда вы сводите ситуацию к ее сути, вы должны выносить суждение. Иногда небольшие эффекты стоит изучить, а иногда нет. Наблюдательный человек имеет дело с важными деталями и спокойно игнорирует все остальное. Одержимый человек одинаково обращает внимание на все детали.Первые психически здоровы. Последние психически больны.

шар для разрушения, вертикально свисающий с троса

Третий пример: разрушительный шар, свисающий вертикально на тросе. Начните с рисования коробки. Нет, подождите, это глупо. Нарисовать круг. Это простая форма, и это форма самой вещи. Нарисуйте линию, выходящую сверху, если вам так хочется. Однако держите его легким. Вы не хотите отвлекаться на это при добавлении сил.

Крушащий шар имеет массу.Это на Земле (точнее, в гравитационном поле Земли). Следовательно, он имеет вес. Вес указывает вниз. Один вектор готов.

Мяч для разрушения подвешен. Не падает. Следовательно, что-то действует против силы тяжести. Это трос, на котором подвешен мяч. Возникающая сила называется напряжением. Кабель вертикальный. Следовательно, сила вертикальная. Гравитация вниз. Напряжение вверх. Размер?

Ничего никуда не денется. Это похоже на предыдущие два вопроса.Напряжение и вес отменяются.

Вт = T

Итак, нарисуйте круг с двумя стрелками одинаковой длины, выходящими из центра, одна направлена ​​вверх, а другая — вниз. Обозначьте груз, направленный вниз (или W или F _г ), а другой — натяжение, направленное вверх (или T или F _t ).

зависший вертолет

Четвертый пример: вертолет завис на месте. Как нарисовать вертолет? Коробка.Что делать, если вы устали рисовать коробки? Круг — хорошая альтернатива. Что, если даже это слишком много усилий? Полагаю, нарисуйте маленький кружок. Что, если я хочу попробовать нарисовать вертолет? Дополнительный кредит не предоставляется.

Вы знаете остальную историю. Все предметы имеют вес. Нарисуйте стрелку, указывающую вниз, и обозначьте ее. Вертолет не поднимается и не падает. Что его поддерживает? Ротор. Какую силу прилагает ротор? Ротор — это своего рода крыло, а крылья обеспечивают подъемную силу. Нарисуйте стрелку вверх и обозначьте ее.

Вертолет не стоит на земле, поэтому нет нормальной силы. Это не воздушный шар или корабль в море, поэтому плавучесть не имеет значения. Никаких струн нет, поэтому нет натяжения. Другими словами, перестаньте тянуть силы. Я упоминал, что знание того, когда бросить курить, — важный навык? Если нет, наверное, стоило.

И снова у нас есть объект, который быстро никуда не движется. Когда это происходит, должно быть несколько очевидно, что силы должны уравновешиваться.

W = L

Итак, нарисуйте прямоугольник с двумя стрелками одинаковой длины, выходящими из центра, одна направлена ​​вверх, а другая — вниз.Обозначьте один груз, направленный вниз (или W или F _г ), а другой — подъемник, направленный вверх (или L или F _ℓ ).

а теперь… закон

Сделаем еще одну бесплатную диаграмму тела для практики.

Ребенок толкает повозку по ровной поверхности

Сначала выясните, в чем проблема. Это несколько неоднозначно. Нас просят нарисовать ребенка, повозку или и то, и другое? Длинный ответ: «это зависит от обстоятельств.Краткий ответ: «Я говорю вам, что хочу, чтобы вы разобрались с повозкой». Нарисуйте прямоугольник, представляющий повозку.

Затем определите силы. Гравитация тянет все вниз, поэтому нарисуйте стрелку, указывающую вниз, и обозначьте ее вес (или W или F _г в зависимости от ваших предпочтений). Он не падает, а лежит на твердой земле. Это означает, что присутствует нормальная сила. Земля ровная (т. Е. Горизонтальная), поэтому нормальная сила направлена ​​вверх. Нарисуйте стрелку, указывающую вверх, и обозначьте ее как «нормальный» (или N или F _n ).Вагон не движется вертикально, поэтому эти силы равны. Нарисуйте ряды равной длины, обозначающие нормальный вес и нормальный вес.

W = N

Ребенок толкает повозку. Мы должны предположить, что он использует повозку по прямому назначению и толкает ее по горизонтали. Я читаю слева направо, а это означает, что я предпочитаю использовать правое направление для прямого направления на бумаге, классных досках, белых досках и компьютерных дисплеях. Нарисуйте стрелку вправо, выходящую из центра блока.Я не вижу причин давать этой группе техническое название, поэтому назовем ее просто push ( P ). Если вы со мной не согласны, есть вариант. Вы могли бы назвать это приложенной силой ( F _a ). Это дает вам преимущество в том, что вы хорошо образованы, но также имеет недостаток в том, что вы менее точны. Вызов силы приложенной силой ничего не говорит об этом, поскольку для существования необходимо приложить все силы. Слово «толчок» также немного расплывчато, поскольку все силы представляют собой своего рода толкание или толчок, но мы обычно думаем, что толкают руки.Поскольку в использовании техно-болтовни нет никакой пользы, а простое слово «толкать» фактически описывает то, что делает ребенок, мы будем использовать слово «толкать».

Движение на Земле не происходит в вакууме. Когда одна вещь движется, она проходит сквозь другую или пересекает другую. Когда колесо вращается на оси, две поверхности трутся друг о друга. Это называется сухим трением. Смазку можно использовать для разделения твердых металлических частей, но это просто сводит проблему к тому, что слои внутри смазки скользят друг по другу.Это называется вязким трением. Толкать фургон вперед — значит выталкивать воздух. Это еще один вид вязкого трения, называемый сопротивлением. Круглые колеса провисают под нагрузкой, что затрудняет их вращение. Это называется сопротивлением качению. Эти силы сопротивления часто вместе называют трением, и они присутствуют повсюду. Реальный анализ любой ситуации, связанной с движением, должен включать трение. Нарисуйте стрелку влево (напротив предполагаемого направления движения) и обозначьте ее трение (или f или F _f ).

А теперь самое сложное. Как соотносятся горизонтальные силы? Толчок больше или меньше трения? Чтобы ответить на этот вопрос, нам сначала нужно сделать то, чем славятся физики. Мы собираемся покинуть реальный мир и войти в царство фантазий. Мы собираемся сделать вид, что трений не существует.

Наблюдайте за качающимся маятником. Твои глаза становятся тяжелыми. Вы становитесь сонными. Сонный. Я сосчитаю до трех. Когда я скажу слово «три», вы проснетесь в мире без трения.Один. Два. Три. Добро пожаловать в реальный мир. Нет, подождите, это строка из Матрицы.

Если гипноз сработал, теперь вы должны соскользнуть с того, на чем вы сидите, и упасть на землю. Пока вы там, я бы хотел, чтобы вы ответили на этот, казалось бы, простой вопрос. Что нужно, чтобы заставить что-то двигаться? Точнее, что нужно, чтобы что-то двигалось с постоянной скоростью?

В реальном мире, где трение присутствует повсюду, движение прекращается. Нажмите на тормоза вашего автомобиля, и вы довольно быстро остановитесь.Заглушите двигатель своего автомобиля, и вы постепенно остановитесь. Бросьте шар для боулинга по дорожке, и вы, вероятно, не заметите большого изменения скорости. (Однако если вы хорошо играете в боулер, вы, вероятно, привыкли видеть, как мяч изгибается в лузу. Помните, что скорость — это скорость плюс направление. Каждый раз, когда что-то меняется, скорость меняется.) Ударьте по хоккейной шайбе клюшкой. и вы увидите, как он движется с одной скоростью в одном направлении. Я выбрал эти примеры и не зря представил их в таком порядке.При движении накатом до остановки меньше трения, чем при торможении до остановки. У хоккейной шайбы на льду меньше трения, чем у шара для боулинга по деревянной дорожке.

Как насчет менее повседневного примера? Толкайте вагон по ровной дороге. Думаешь, ты не сможешь этого сделать? Хорошо подумай еще раз. Я не прошу вас толкать целый поезд или даже локомотив — просто хороший пустой товарный вагон или вагон метро. Я также не говорю, что это будет легко. Возможно, вам понадобится помощь одного или двух друзей. Это то, что обычно делают бригады по обслуживанию железных дорог.

Рабочие передвигают вагон метро. Источник: 所 さ ん の 目 が テ ン！

БОЛЬШЕ ТЕКСТА

ЗАВЕРШИТЕ ЭТО ССЫЛКОЙ GALILEO

Небеса — это место, где никогда ничего не происходит.

Исаак Ньютон (1642–1727) Англия. Выполнил большую часть работы в годы эпидемии чумы 1665 и 1666. Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica ( The Mathematical Principles of Natural Philosophy ) опубликовано в 1687 году (отставание на 20+ лет!) За счет Галлея.

Lex. I.		Закон I.
Corpus omne perſeverare in ſtatu ſuo quieſcendi vel movendi uniform Impact in directum, sui quatetiburus.		Каждое тело пребывает в состоянии покоя или равномерного движения по прямой линии, если только оно не вынуждено изменить это состояние под действием приложенных к нему сил.
Projectilia pereverant in motibus ſuis, niſi quatenus a reſiſtentia aëris retardantur, & vi gravitatis impelluntur deorſum.Trochus, cujus partes cohærendo perpetuo retrahunt ſeſe a motibus rectilineis, non ceſſat rotari, niſi quatenus ab aëre retardantur. Majora autem planetarum и cometarum corpora motus ſuos & progreſſivos & circares in patiis minus reſiſtentibus factos conſervant diutius.		Снаряды продолжают движение до тех пор, пока они не задерживаются сопротивлением воздуха или не направляются вниз под действием силы тяжести. Вершина, части которой своим сцеплением постоянно отводятся в сторону от прямолинейных движений, не прекращает своих вращений, иначе ее не тормозит воздух.Более крупные тела планет и комет, встречая меньшее сопротивление в более свободных пространствах, упорствуют в своих поступательных и круговых движениях в течение гораздо более длительного времени.

(Ньютон в интерпретации Элерта)

Покоящийся объект имеет тенденцию оставаться в состоянии покоя, а объект в движении имеет тенденцию продолжать движение с постоянной скоростью, если чистая внешняя сила не заставляет действовать иначе.

Это довольно сложное предложение говорит о многом.Распространенное заблуждение состоит в том, что движущиеся объекты содержат величину, называемую «идти» (или что-то в этом роде — в старые времена они называли это «импульсом»), и в конечном итоге они останавливаются, поскольку у них заканчивается «ход».

Если на тело не действуют никакие силы, его скорость и направление движения остаются постоянными.

Движение — такое же естественное состояние, как и покой.

Движению (или отсутствию движения) не нужна причина, но необходимо изменение движения.

Definitio.III.		Определение III.
Materiæ vis insita est Potentia resistendi, qua corpus unumquodque, qua corpus unumquodque, qua corpus unumquodque, qua corpus unumquodque, по сути, сохраняется в статусе suo vel quiescendi vel movendi uniformiter in directum.		vis insita, или врожденная сила материи, — это сила сопротивления, с помощью которой каждое тело пытается упорствовать в своем нынешнем состоянии, будь то покой или равномерное движение вперед по правильной линии.
…		…
Definitio. IV.		Определение IV.
Vis Impressa est actio in corpus exctio, ad mutandum ejus statum vel quiescendi vel movendi uniformiter in directum.		Сила воздействия — это действие, оказываемое на тело с целью изменить его состояние, либо покоя, либо равномерного движения вперед по правой линии.
Состоит из hæc vis in actione sola, neque post actionem permanet in corpore. Perserverat enim corpus in statu omni novo per solam vim inertiæ. Est autem vis impresa diversarum originum, ut ex ictu, expressione, ex vi centripeta.		Эта сила состоит только в действии; и больше не остается в теле, когда действие закончено. Ибо тело поддерживает каждое новое состояние, которое оно приобретает, только своей vis inertiæ.Воздействующие силы бывают разного происхождения: от удара, давления или центростремительной силы.

В целом инерция является сопротивлением изменениям. В механике инерция — это сопротивление изменению скорости или, если хотите, сопротивление ускорению.

В общем, сила — это взаимодействие, которое вызывает изменение. В механике сила — это сила, вызывающая изменение скорости или, если хотите, ускорение.

Когда на объект действует более одной силы, важна чистая сила. Поскольку сила является векторной величиной, при объединении сил используйте геометрию вместо арифметики.

Внешняя сила: Чтобы сила ускоряла объект, она должна исходить извне. Вы не можете подтянуться на собственных стропах. Любой, кто говорит, что вы можете, в прямом смысле ошибается.

12.3 Напряжение, деформация и модуль упругости — University Physics Volume 1

12.3 Напряжение, деформация и модуль упругости

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

• Объяснить концепции напряжения и деформации при описании упругих деформаций материалов
• Описать виды упругого деформирования предметов и материалов

Модель твердого тела — идеализированный пример объекта, который не деформируется под действием внешних сил.Это очень полезно при анализе механических систем, а многие физические объекты действительно в значительной степени жесткие. Степень, в которой объект может восприниматься как жесткий, зависит от физических свойств материала, из которого он сделан. Например, мяч для пинг-понга, сделанный из пластика, является хрупким, а теннисный мяч, сделанный из резины, эластичен, когда на него воздействуют сжимающие силы. Однако при других обстоятельствах и мяч для пинг-понга, и теннисный мяч могут хорошо отскакивать как твердые тела.Точно так же тот, кто проектирует протезы, может приблизиться к механике человеческих конечностей, моделируя их как твердые тела; однако фактическая комбинация костей и тканей представляет собой эластичную среду.

В оставшейся части этой главы мы переходим от рассмотрения сил, влияющих на движение объекта, к тем, которые влияют на форму объекта. Изменение формы из-за приложения силы называется деформацией. Известно, что даже очень небольшие силы вызывают некоторую деформацию.Деформация испытывается объектами или физическими средами под действием внешних сил — например, это может быть сжатие, сжатие, разрыв, скручивание, срезание или растяжение объектов. На языке физики два термина описывают силы, действующие на объекты, подвергающиеся деформации: напряжение и напряжение .

Напряжение — это величина, которая описывает величину сил, вызывающих деформацию. Напряжение обычно определяется как силы на единицу площади .Когда силы притягивают объект и вызывают его удлинение, например, при растяжении эластичной ленты, мы называем такое напряжение растягивающим напряжением. Когда силы вызывают сжатие объекта, мы называем это напряжением сжатия. Когда объект сдавливается со всех сторон, как подводная лодка в глубинах океана, мы называем этот вид напряжения объемным напряжением (или объемным напряжением). В других ситуациях действующие силы могут быть ни растягивающими, ни сжимающими, и все же вызывать заметную деформацию. Например, предположим, что вы крепко держите книгу ладонями, затем одной рукой вы нажимаете и тянете переднюю обложку от себя, а другой рукой вы нажимаете и тянете заднюю обложку в направлении ты.В таком случае, когда деформирующие силы действуют по касательной к поверхности объекта, мы называем их «поперечными» силами, а вызываемое ими напряжение — поперечным напряжением.

Единицей измерения напряжения в системе СИ является паскаль (Па). Когда сила в один ньютон воздействует на единицу площади квадратного метра, результирующее напряжение составляет один паскаль:

В британской системе единиц измерения напряжения используется «фунт на квадратный дюйм», что означает «фунт на квадратный дюйм» (фунт / дюйм2).(фунт / дюйм2). Другой единицей измерения объемного напряжения является атм (атмосфера). Коэффициенты пересчета:

Объект или среда под напряжением деформируются. Величина, описывающая эту деформацию, называется деформацией. Деформация задается как частичное изменение длины (при растягивающем напряжении), объема (при объемном напряжении) или геометрии (при напряжении сдвига). Следовательно, деформация — это безразмерное число.Деформация под действием растягивающего напряжения называется деформацией растяжения, деформация под действием объемного напряжения называется объемной деформацией (или объемной деформацией), а деформация, вызванная напряжением сдвига, называется деформацией сдвига.

Чем больше напряжение, тем больше напряжение; однако связь между деформацией и напряжением не обязательно должна быть линейной. Только когда напряжение достаточно низкое, деформация, которую оно вызывает, прямо пропорциональна величине напряжения. Константа пропорциональности в этом отношении называется модулем упругости.В линейном пределе низких значений напряжения общее соотношение между напряжением и деформацией составляет

12,33

Как видно из анализа размеров этого соотношения, модуль упругости имеет ту же физическую единицу, что и напряжение, поскольку деформация безразмерна.

Из уравнения 12.33 также видно, что, когда объект характеризуется большим значением модуля упругости, влияние напряжения невелико.С другой стороны, небольшой модуль упругости означает, что напряжение вызывает большую деформацию и заметную деформацию. Например, напряжение на резиновой ленте вызывает большую деформацию (деформацию), чем такое же напряжение на стальной ленте тех же размеров, потому что модуль упругости резины на два порядка меньше модуля упругости стали.

Модуль упругости при растяжении называется модулем Юнга; то, что для объемного напряжения называется объемным модулем упругости; а напряжение сдвига называется модулем сдвига.Обратите внимание, что соотношение между напряжением и деформацией — это наблюдаемое соотношение , измеренное в лаборатории. Модули упругости для различных материалов измеряются при различных физических условиях, таких как изменяющаяся температура, и собираются в таблицах технических данных для справки (таблица 12.1). Эти таблицы являются ценными справочными материалами для промышленности и для всех, кто занимается проектированием или строительством. В следующем разделе мы обсудим зависимости деформации от напряжения за пределами линейного предела, представленного уравнением 12.33, в полном диапазоне значений напряжений до точки разрушения. В оставшейся части этого раздела мы изучаем линейный предел, выражаемый уравнением 12.33.

Таблица 12.1 Приблизительные модули упругости для выбранных материалов

Напряжение при растяжении или сжатии, деформация и модуль Юнга

Напряжение или сжатие возникает, когда две антипараллельные силы равной величины действуют на объект только в одном из его измерений таким образом, что объект не перемещается.Один из способов представить себе такую ​​ситуацию показан на рисунке 12.18. Сегмент стержня либо растягивается, либо сжимается парой сил, действующих по его длине и перпендикулярно его поперечному сечению. Чистый эффект таких сил состоит в том, что стержень изменяет свою длину от исходной длины L0L0, которая была у него до появления сил, на новую длину L , которую он имеет под действием сил. Это изменение длины ΔL = L-L0ΔL = L-L0 может быть либо удлинением (когда L больше исходной длины L0) L0), либо сокращением (когда L меньше исходной длины L0).L0). Напряжение растяжения и деформация возникают, когда силы растягивают объект, вызывая его удлинение, и изменение длины ΔLΔL является положительным. Напряжение сжатия и деформация возникают, когда силы сжимают объект, вызывая его сокращение, а изменение длины ΔLΔL отрицательно.

В любой из этих ситуаций мы определяем напряжение как отношение деформирующей силы F⊥F⊥ к площади A поперечного сечения деформируемого объекта. Символ F⊥F⊥, который мы оставляем для деформирующей силы, означает, что эта сила действует перпендикулярно поперечному сечению объекта.Силы, действующие параллельно поперечному сечению, не изменяют длину объекта. Определение растягивающего напряжения —

12,34

Деформация растяжения — это мера деформации объекта при растягивающем напряжении и определяется как частичное изменение длины объекта, когда объект испытывает растягивающее напряжение.

12,35

Напряжение сжатия и деформация определяются по той же формуле, уравнение 12.34 и уравнение 12.35 соответственно. Единственное отличие от ситуации с растяжением состоит в том, что для сжимающего напряжения и деформации мы берем абсолютные значения правых частей в уравнениях 12.34 и 12.35.

Модуль Юнга Y — это модуль упругости, когда деформация вызвана либо растягивающим, либо сжимающим напряжением, и определяется уравнением 12.33. Разделив это уравнение на деформацию растяжения, мы получим выражение для модуля Юнга:

12,36

Пример 12,7

Напряжение сжатия в опоре

Фигура 12,19 Колонна Нельсона на Трафальгарской площади, Лондон, Англия. (кредит: модификация работы Кристиана Бортеса)

Стратегия

Решение

При плотности гранита ρ = 2,7 × 103 кг / м3, ρ = 2,7 × 103 кг / м3 масса сегмента столба составляет

Вес сегмента стойки

Вес скульптуры составляет ws = 1,0 × 104 Н, ws = 1,0 × 104 Н, поэтому нормальная сила на поверхности поперечного сечения, расположенной на 3,0 м ниже скульптуры, составляет

Следовательно, напряжение

Модуль Юнга для гранита Y = 4,5 × 1010 Па = 4,5 × 107 кПа. Y = 4,5 × 1010 Па = 4,5 × 107 кПа. Следовательно, деформация сжатия в этом положении равна

Значение

Проверьте свое понимание 12,9

Найдите сжимающее напряжение и деформацию в основании колонны Нельсона.

Пример 12,8

Растяжка стержня

Стратегия

Решение

Значение

Проверьте свое понимание 12.10

Проволока длиной 2,0 м растягивается на 1,0 мм под действием нагрузки. Какова деформация растяжения в проволоке?

Объекты часто могут одновременно испытывать напряжение сжатия и растяжения. Рис. 12.20. Один из примеров — длинная полка, загруженная тяжелыми книгами, которая провисает между концевыми опорами под весом книг. Верхняя поверхность полки испытывает напряжение сжатия, а нижняя поверхность полки — растягивающее напряжение.Точно так же длинные и тяжелые балки провисают под собственным весом. В современном строительстве такие деформации изгиба можно практически исключить с помощью двутавровых балок. Рисунок 12.21.

Фигура 12.20 (a) Объект, изгибающийся вниз, испытывает растягивающее напряжение (растяжение) в верхней части и сжимающее напряжение (сжатие) в нижней части. (b) Элитные тяжелоатлеты часто временно сгибают железные прутья во время подъема, как на Олимпийских играх 2012 года. (кредит б: модификация работы Александра Кочерженко)

Фигура 12.21 год Стальные двутавровые балки используются в строительстве для уменьшения деформаций изгиба. (Источник: модификация работы «Инженерный корпус армии США в Европе» / Flickr)

Объемное напряжение, деформация и модуль

Когда вы ныряете в воду, вы чувствуете силу, давящую на каждую часть вашего тела со всех сторон. Тогда вы испытываете объемный стресс или, другими словами, давление. Объемное напряжение всегда имеет тенденцию к уменьшению объема, заключенного на поверхности погружаемого объекта.Силы этого «сжатия» всегда перпендикулярны погружаемой поверхности. Рис. 12.22. Эффект этих сил заключается в уменьшении объема погруженного объекта на величину ΔVΔV по сравнению с объемом V0V0 объекта при отсутствии объемного напряжения. Этот вид деформации называется объемной деформацией и описывается изменением объема относительно исходного объема:

12,37

Объемная деформация является результатом объемного напряжения, которое представляет собой силу F⊥F⊥, нормальную к поверхности, которая давит на единицу площади A погруженного объекта. Такая физическая величина, или давление p , определяется как

12,38

Мы будем изучать давление в жидкостях более подробно в Гидромеханике.Важной характеристикой давления является то, что оно является скалярной величиной и не имеет определенного направления; то есть давление действует одинаково во всех возможных направлениях. Когда вы погружаете руку в воду, вы чувствуете такое же давление, действующее на верхнюю поверхность руки, как на нижнюю, или на боковую, так и на поверхность кожи между пальцами. В этом случае вы ощущаете увеличение давления ΔpΔp по сравнению с тем, что вы привыкли ощущать, когда ваша рука не погружена в воду.Когда ваша рука не погружена в воду, вы чувствуете нормальное давление p0p0 в одну атмосферу, которое служит точкой отсчета. Объемное напряжение — это увеличение давления, или Δp, Δp, по сравнению с нормальным уровнем, p0.p0.

Когда объемное напряжение увеличивается, объемная деформация увеличивается в соответствии с уравнением 12.33. Константа пропорциональности в этом соотношении называется модулем объемной упругости, B или

12,39

Знак минус, который появляется в уравнении 12.39, предназначен для согласованности, чтобы гарантировать, что B является положительной величиной. Обратите внимание, что знак минус (-) (-) необходим, потому что увеличение ΔpΔp давления (положительная величина) всегда вызывает уменьшение ΔVΔV в объеме, а уменьшение объема является отрицательной величиной. Величина, обратная модулю объемной упругости, называется сжимаемостью k, k или

12,40

Термин «сжимаемость» используется в отношении жидкостей (газов и жидкостей).Сжимаемость описывает изменение объема жидкости на единицу увеличения давления. Жидкости, характеризующиеся большой сжимаемостью, относительно легко сжимаются. Например, сжимаемость воды составляет 4,64 × 10–5 / атм. 4,64 × 10–5 / атм, а сжимаемость ацетона составляет 1,45 × 10–4 / атм. 1,45 × 10–4 / атм. Это означает, что при повышении давления на 1,0 атм относительное уменьшение объема для ацетона примерно в три раза больше, чем для воды.

Пример 12.9

Гидравлический пресс

Фигура 12,23 В гидравлическом прессе, когда маленький поршень смещается вниз, давление в масле передается через масло на большой поршень, заставляя большой поршень двигаться вверх.Небольшая сила, приложенная к маленькому поршню, вызывает большую прижимающую силу, которую большой поршень оказывает на объект, который либо поднимается, либо сжимается. Устройство действует как механический рычаг.

Стратегия

Решение

Значение

Проверьте свое понимание 12.11

Если нормальная сила действует на каждую грань кубической 1.Стальной кусок 0-м31,0-м3 заменяют на 1,0 × 107 Н, 1,0 × 107 Н, найдите результирующее изменение объема стального куска.

Напряжение сдвига, деформация и модуль

Понятия напряжения сдвига и деформации относятся только к твердым объектам или материалам. Здания и тектонические плиты являются примерами объектов, которые могут подвергаться сдвиговым напряжениям. В общем, эти концепции не применимы к жидкостям.

Деформация сдвига возникает, когда две антипараллельные силы равной величины прикладываются по касательной к противоположным поверхностям твердого объекта, не вызывая деформации в поперечном направлении к силовой линии, как в типичном примере напряжения сдвига, показанном на рисунке 12.24. Сдвиговая деформация характеризуется постепенным сдвигом ΔxΔx слоев в направлении, касательном к действующим силам. Эта градация ΔxΔx происходит в поперечном направлении на некотором расстоянии L0.L0. Деформация сдвига определяется отношением наибольшего смещения ΔxΔx к поперечному расстоянию L0L0

12,41

Деформация сдвига вызвана напряжением сдвига. Напряжение сдвига возникает из-за сил, которые действуют параллельно к поверхности. Для таких сил мы используем символ F∥F∥.Величина F∥F∥ на площадь поверхности A , где применяется сила сдвига, является мерой напряжения сдвига

12,42

Модуль сдвига является константой пропорциональности в уравнении 12.33 и определяется отношением напряжения к деформации. Модуль сдвига обычно обозначается S :

12,43

Пример 12.10

Старая книжная полка

Стратегия

Решение

Мы также можем найти напряжение сдвига и деформацию соответственно:

Значение

Проверьте свое понимание 12,12

Объясните, почему концепции модуля Юнга и модуля сдвига неприменимы к жидкостям.

Биомеханика — Заболевания опорно-двигательного аппарата и рабочее место

Целью этого раздела является изучение свидетельств того, что существует биомеханический путь между физическими профессиональными требованиями и риском заболевания поясничным расстройством. Наша оценка сделана в отношении концептуальной модели, принятой в этом отчете, и, в частности, в отношении биомеханических путей, выделенных в. На этом рисунке изображен биомеханический путь с точки зрения взаимосвязи между нагрузками, прилагаемыми к конструкции, и механической стойкостью конструкции.Эта модель также признает, что и на характеристики нагрузки, и на уровни толерантности могут влиять физиологические реакции. Что касается нагрузки, на опорно-двигательный аппарат может влиять адаптация к нагрузке или ее усиление. Переносимость может быть опосредована болевыми реакциями или дискомфортом. В целом, если нагрузка на конструкцию превышает допустимую, это может привести к беспорядку. учитывает возможность того, что различные воздействия могут запускать этот путь повреждения и реакцию.

Ожидается, что внешние нагрузки, например связанные с работой, будут влиять на биомеханическую нагрузку на позвоночник. Эта модель также допускает возможность того, что другие факторы могут влиять на этот путь нарушения толерантности к нагрузке в разных точках пути. Важно понимать, что индивидуальные факторы, а также организационные факторы и социальный контекст могут влиять на биомеханическую нагрузку и устойчивость конструкции, а также на риск заболевания; эти вопросы рассматриваются в других разделах настоящего отчета.Цель этого раздела — изучить в этом контексте доказательства того, что внешние нагрузки могут запускать путь к заболеваниям поясницы.

Мы исследуем исключительно доказательства того, что физическая нагрузка на позвоночник и поддерживающие его конструкции может привести к болям в пояснице. Это утверждение оценивается с помощью нескольких подходов, включая наблюдения на рабочем месте за биомеханическими факторами, связанными с частотой сообщений о боли в пояснице, биомеханической логикой, путями боли и исследованиями вмешательства.

В главе 2 рассмотрены тенденции, связанные с видами работы (названиями должностей) и сообщениями о заболеваниях поясницы.Эти исследования определили, что складирование, работа с пациентами и общие работы по обработке материалов чаще связаны с болями в спине, чем другие виды занятий. Лабораторный биомеханический анализ показал, что эти виды деятельности могут привести к увеличению нагрузки на позвоночник (Leskinen et al., 1983; Schultz et al., 1987; Zetterberg, Andersson, and Schultz, 1987; Cholewicki, McGill, and Norman, 1991). ; Макгилл, 1997; Маррас и Дэвис, 1998; Чаффин, Андерсон и Мартин, 1999; Граната и Маррас, 1999; Маррас и др., 1999a, 1999b; и Marras, Granata, et al., 1999), и, таким образом, работа, связанная с этими задачами с более высокой нагрузкой на позвоночник, соответствует большему количеству сообщений о травмах спины. Это соответствует логике, описанной в.

Биомеханические факторы риска, измеряемые на рабочем месте

Группа изучила литературу по промышленным наблюдениям на предмет информации, касающейся биомеханической нагрузки на тело, и сообщений о заболеваниях нижнего отдела спины. Для нашей оценки литература была проверена на предмет биомеханической значимости.В то время как большинство эпидемиологических исследований в первую очередь связано с методологическими соображениями, биомеханические оценки в первую очередь связаны с тем, чтобы оцениваемая информация (метрика воздействия) имела биомеханическое значение. Следовательно, несмотря на то, что в литературе встречается много оценок профессионального риска заболевания поясничного отдела позвоночника, во многих из этих оценок не использовались показатели воздействия, которые можно было бы считать релевантными для биомеханической оценки. Такая ситуация может замаскировать или затемнить любую связь с риском.

Например, многочисленные исследования показали, что поднятие тяжелых грузов связано с повышенным риском боли в пояснице (Kelsey et al., 1984; Videman, Nurminen, and Troup, 1984; Bigos et al., 1986; Spengler et al., ., 1986; Battie et al., 1989; Riihimaki et al., 1989b; Burdorf, Govaert, and Elders, 1991; Bigos et al., 1992; Andersson, 1997; Bernard, 1997b). Однако такие грубые категориальные метрики воздействия не имеют большого значения для биомеханической оценки. Как обсуждалось в предыдущем разделе, с биомеханической точки зрения данная внешняя (по отношению к телу) нагрузка может накладывать большие или маленькие нагрузки на позвоночник (внутренние силы), в зависимости от механического преимущества нагрузки по отношению к позвоночнику (Чаффин, Андерссон. , и Мартин, 1999).Следовательно, чтобы понять биомеханическую нагрузку, для целей настоящего обзора необходимы конкретные поддающиеся количественной оценке показатели воздействия, имеющие значение в биомеханическом контексте. Только тогда можно решить вопрос о том, насколько воздействие биомеханической переменной является слишком большим воздействием.

Литература была изучена для выявления биомеханически значимых, высококачественных промышленных надзорных исследований. Высококачественные промышленные надзорные исследования, связанные с биомеханикой, состояли из исследований, которые отвечали следующим критериям:

• Оценка касалась одного из аспектов базовой конструкции переносимости нагрузки, которая лежит в основе биомеханической оценки.Другими словами, конкретные биомеханические параметры (например, расположение груза в пространстве) представляли интерес в отличие от общих категориальных параметров (например, только вес груза).

• Показатель воздействия может предоставить количественную информацию о нагрузках на спину во время работы.

• Оценка риска не основывалась исключительно на самоотчетах, которые оказались ненадежными (Andrews, Norman, and Wells, 1996).

• Показатели результатов поддаются количественной оценке по непрерывной шкале измерения (например,g., исследования, которые основывались на самоотчетах о воздействии или просто отмечали, превышал ли поднятый вес заданный порог, были исключены).

• План эксперимента включал либо проспективное исследование, исследование случай-контроль, либо рандомизированное контролируемое исследование.

Результаты исследования

В литературе появилось несколько промышленных наблюдательных исследований, отвечающих этим критериям, и они предлагают доказательства того, что заболевание поясницы связано с воздействием физических параметров работы на работе.Чаффин и Парк (1973) выполнили одно из первых исследований, изучающих эту взаимосвязь. Это исследование показало, что «частота возникновения боли в пояснице (была) коррелирована (монотонно) с более высокими требованиями к подъемной силе, что определялось оценкой как местоположения, так и величины поднимаемого груза» (Chaffin and Park, 1973: 513). Они пришли к выводу, что подъем грузов может считаться потенциально опасным. Важно отметить, что это исследование показало, что не только величина нагрузки была значимой для определения риска, но и местоположение нагрузки было важным.Эта точка зрения согласуется с биомеханической логикой, обсуждаемой позже. Эта оценка также показала интересную взаимосвязь между частотой воздействия и подъемами разной величины (относительно силы рабочего). Это исследование показало, что воздействие умеренной частоты подъема тяжестей оказалось защитным, в то время как высокая или низкая частота подъема была обычным явлением на рабочих местах с большим количеством сообщений о травмах спины.

Проспективное исследование, проведенное Liles et al. (1984) сравнивали требования к работе с психологически определяемыми силовыми способностями рабочего.В определении спроса на работу учитывалось расположение груза относительно работника, а также частота подъема и время выдержки. Были рассмотрены заявки по всем задачам, связанным с погрузочно-разгрузочными работами. Это исследование выявило наличие спроса на работу по сравнению с порогом силы рабочего, выше которого повышается риск травмы поясницы. Это исследование показало, что существует «порог серьезности работы, выше которого частота и тяжесть резко возрастают» (Liles et al., 1984: 690).

Херрин и сотрудники (1986) наблюдали за работой в течение трех лет на пяти крупных промышленных предприятиях, где они оценили 2 934 задачи по транспортировке материалов.Они оценивали работу, используя как коэффициент подъемной силы, так и оценки сил обратного сжатия. Выявлена ​​положительная корреляция между коэффициентом подъемной силы и частотой травм поясницы. Они также обнаружили, что травмы опорно-двигательного аппарата были вдвое выше для прогнозируемых сил сжатия позвоночника, превышающих 6800 Н. Анализ также показывает, что прогнозирование риска лучше всего связано с наиболее стрессовыми задачами (в отличие от индексов, которые представляют совокупность рисков).

Punnett и его коллеги (1991) провели исследование случай-контроль (случай-референт) рабочих, занимающихся сборкой автомобилей, в котором оценивался риск боли в спине, связанной с ненейтральными рабочими позами. В этом исследовании изучались случаи боли в спине в течение 10-месячного периода, референты выбирались случайным образом после просмотра медицинских записей, собеседования и обследования, а анализы работы выполнялись аналитиками, которые не знали о статусе референта. Риск боли в пояснице возрастал по мере увеличения сгибания туловища.Риск также был связан с скручиванием туловища или боковым сгибанием. Наконец, это исследование показало, что риск увеличивается при использовании нескольких поз и увеличении времени воздействия. В частности, исследование показало, что риск увеличивается по мере увеличения части рабочего цикла, проводимой в наиболее тяжелых позах.

Маррас и его коллеги (1993, 1995) провели биомеханическую оценку более 400 промышленных рабочих мест, наблюдая 114 рабочих мест и переменных, связанных с рабочими. Воздействие момента нагрузки (величина нагрузки × расстояние нагрузки от позвоночника) оказалось единственным наиболее мощным предиктором сообщений о заболеваниях нижней части спины.Это исследование было единственным исследованием, в котором изучалась кинематика туловища наряду с традиционными биомеханическими переменными на рабочем месте. Это исследование выявило 16 кинематических переменных туловища, что привело к статистически значимым отношениям шансов, связанных с риском сообщения о заболевании поясницы на рабочем месте. Хотя ни одна из отдельных переменных не была таким сильным предиктором, как момент нагрузки, когда момент нагрузки был объединен с тремя кинематическими переменными (относящимися к трем измерениям движения ствола) вместе с мерой частоты воздействия, в результате получилась сильная модель множественной логистической регрессии, которая описывала отчет о болезни спины хорошо (О.R. = 10,7). Этот анализ показал, что риск был многомерным по своей природе, поскольку подверженность воздействию комбинации пяти переменных, описанных хорошо, дает отчет. Модель признает компромисс между переменными. Например, рабочая ситуация, при которой рабочий подвергается воздействию небольшого количества момента нагрузки, может по-прежнему представлять ситуацию с высоким риском, если другие четыре переменные в модели имели достаточную величину. Эта модель была недавно подтверждена в проспективном исследовании вмешательства на рабочем месте (Marras et al., 2000а). Когда результаты этого исследования рассматриваются вместе с исследованием Punnett (1991), становится ясно, что работа, связанная с активностью, выполняемой в ненейтральных позах, увеличивает риск для спины. Кроме того, по мере того, как поза становится более экстремальной или движения туловища становятся более быстрыми, сообщается о расстройстве спины. Эти результаты значимы с биомеханической точки зрения и предполагают, что риск заболевания поясничного отдела позвоночника связан в первую очередь с механической нагрузкой на позвоночник, а также что, когда задачи включают большую трехмерную нагрузку, связь с риском становится намного сильнее.Ожидается, что трехмерная нагрузка на позвоночник повлияет на диск, связки, мышцы и другие структуры проксимальнее позвоночника.

Norman и соавторы (1998) недавно оценили совокупную биомеханическую нагрузку на позвоночник у сборщиков автомобилей. Это наблюдательное исследование выявило четыре независимых фактора для сообщения о заболевании поясницы: интегрированный момент нагрузки (за рабочую смену), силы рук, пиковое поперечное усилие на позвоночник и пиковая скорость туловища. Это исследование показало, что работники, находящиеся в верхних 25 процентах нагрузки, подверженной всем факторам риска, сообщали о боли в пояснице примерно в шесть раз чаще, чем те, кто находился в нижних 25 процентах нагрузки.

Фатхаллах и его сотрудники (Фатхаллах, Маррас и Парнианпур, 1998b) оценили базу данных из 126 рабочих и рабочих мест, чтобы точно количественно определить и оценить сложные движения туловища в группах с различной степенью сообщений о заболеваниях поясницы. Они обнаружили, что группы с более высокой частотой сообщений демонстрируют сложные модели движений туловища, включающие высокие величины комбинированных скоростей туловища, особенно при крайнем сагиттальном сгибании, тогда как группы с низким риском не проявляют никаких таких моделей. Это исследование показало, что повышенные уровни сложных одновременных скоростных моделей наряду с ключевыми факторами рабочего места (момент нагрузки и частота) были уникальными для групп с повышенным риском заболеваний поясницы.

Уотерс и его коллеги (1999) оценили полезность пересмотренного уравнения подъемной силы NIOSH в исследовании промышленных наблюдений за 50 рабочими местами в промышленности. При оценке учитывались факторы, которые, как ожидается, будут связаны с нагрузкой на позвоночник, включая меры по размещению нагрузки. Эти меры определяли ожидаемую переносимость рабочего (определяемую биомеханическими, физиологическими, силовыми или психофизическими пределами) и сравнивались с поднятым грузом. Результаты этого исследования показали, что по мере превышения допуска вероятность возникновения боли в спине увеличивалась до определенного момента, а затем снижалась.

Результаты этих исследований обобщены в. Только два исследования оценили нагрузку на позвоночник на работе, и оба обнаружили положительную связь между физической нагрузкой на работе и сообщениями о боли в пояснице. Другие исследования согласуются с этим выводом. Несмотря на то, что в этих исследованиях нагрузка на позвоночник напрямую не оценивалась, включенные меры воздействия были косвенными индикаторами нагрузки на позвоночник. Расположение нагрузки или показатели силы являются показателями величины нагрузки, прилагаемой к позвоночнику.Все исследования, кроме одного, показали, что один из этих показателей в значительной степени связан с сообщением о боли в спине. Большинство остальных показателей воздействия (местоположение нагрузки, кинематика и трехмерный анализ) важны с биомеханической точки зрения, поскольку они опосредуют способность внутренних структур туловища выдерживать внешнюю нагрузку. Следовательно, по мере изменения этих показателей они могут изменить характер нагрузки на внутренние конструкции спины. Эта оценка также показывает, что риск является многофакторным, поскольку он, как правило, гораздо лучше описывается, когда анализ является трехмерным и учитывается более чем одна мера фактора риска.Не было выявлено качественных биомеханических исследований промышленного надзора, которые противоречили бы этим результатам.

ТАБЛИЦА 6.4

Резюме высококачественных полевых наблюдений за спиной и позвоночником с биомеханической точки зрения.

Последствия

В совокупности эти исследования продемонстрировали, что при проведении значимых биомеханических оценок на рабочем месте очевидна сильная связь между биомеханическими факторами и риском сообщения о заболеваниях нижнего отдела спины.Из этого обзора можно вывести несколько ключевых компонентов оценки биомеханического риска. Во-первых, все исследования, в которых сравнивалось количество выполняемых работниками задач и их работоспособность, позволили определить пороговые значения, при превышении которых увеличивается количество сообщений о заболевании поясничного отдела позвоночника. Во-вторых, повышенное количество сообщений о нарушениях в пояснице можно хорошо идентифицировать, если каким-либо образом количественно определить местоположение нагрузки по отношению к телу (момент нагрузки или местоположение нагрузки). Почти все исследования показали, что эти факторы тесно связаны с увеличением количества сообщений о боли в пояснице.В-третьих, почти все исследования показали, что частота обращения с материалами связана с увеличением количества сообщений о боли в пояснице. В-четвертых, многие исследования показали, что увеличение количества сообщений о боли в пояснице можно хорошо охарактеризовать, если описать трехмерные динамические требования работы, в отличие от статических двухмерных оценок. Наконец, почти все высококачественные биомеханические оценки продемонстрировали, что риск многомерен, поскольку синергия между факторами риска, по-видимому, увеличивает количество сообщений о боли в пояснице.Хотя многие из этих взаимосвязей монотонно связаны с увеличением количества сообщений о боли в пояснице, некоторые выявили немонотонные ассоциации. В частности, воздействие при умеренных уровнях нагрузки и частоте подъемов, по-видимому, представляет самый низкий уровень риска, тогда как воздействие при более высоких уровнях представляет собой наибольший уровень риска. Несмотря на то, что во многих высококачественных биомеханических исследованиях изучались различные аспекты подверженности риску, ни одно из этих исследований не предоставляет доказательств, противоречащих этим ключевым выводам.

Оценка нагрузки на позвоночник

Биомеханическая логика предполагает, что повреждение конструкции происходит, когда приложенная нагрузка превышает механический допуск конструкции. В подтверждение этого, высококачественные биомеханические исследования на рабочем месте демонстрируют положительную корреляцию между повышенной биомеханической нагрузкой и повышенным риском заболеваний поясницы на работе. В настоящее время невозможно напрямую контролировать нагрузку на позвоночник рабочего, выполняющего задание на рабочем месте.Вместо этого для оценки нагрузки обычно используются биомеханические модели. Однако понимание различий между методами оценки позвоночника может помочь взглянуть на результаты этих различных наблюдательных исследований в перспективе.

Биомеханические модели нагрузки на позвоночник развивались за последние несколько десятилетий. Ранние модели нагрузки на позвоночник делали предположения о том, какие мышцы туловища поддерживают внешнюю нагрузку во время подъема (Chaffin and Baker, 1970; Chaffin et al., 1977).Эти модели предполагали, что один мышечный вектор может быть использован для суммирования нагрузки, поддерживающей внутреннюю силу (и нагрузку на позвоночник), которая требовалась для противодействия внешней нагрузке, поднимаемой рабочим. Эти модели предполагали, что подъемы могут быть представлены статической ситуацией подъема и что во время подъема не происходит коактивации мускулатуры туловища. Все решения модели были уникальными в том смысле, что рабочие с одинаковыми антропометрическими характеристиками, выполняющие одну и ту же задачу, должны были иметь одинаковые нагрузки на позвоночник.Основное внимание в таких моделях уделялось оценке компрессии позвоночника. Эти модели можно использовать в наблюдательных исследованиях, просто записывая подъемное задание на видео и измеряя вес поднимаемого объекта. Такая модель была использована в одном из описанных ранее исследований (Herrin, Jaraiedi, and Anderson, 1986).

Более поздние модели были расширены до такой степени, что они могли учитывать вклад множественных реакций внутренних мышц в ответ на подъем внешней нагрузки.Эти модели предсказывали силы сжатия, а также силы сдвига, действующие на позвоночник. Первая модель функциональной множественной мышечной системы, используемая для оценки задач, была разработана Шульцем и Андерссоном (1981). Это исследование продемонстрировало, как нагрузки, выполняемые вне тела, могут вызывать большие нагрузки на позвоночник из-за коактивации мышц туловища, необходимой для противодействия этой внешней нагрузке. Эта модель представляла гораздо более реалистичную ситуацию. Однако такой подход к моделированию привел к неопределенному решению (поскольку в модели было представлено много мышц, уникальное решение стало трудным).Поэтому многие последующие попытки моделирования были направлены на определение того, какие мышцы будут активными (Schultz et al., 1982b; Bean, Chaffin, and Schultz, 1988; Hughes and Chaffin, 1995). Эти усилия привели к созданию моделей, которые хорошо работали в ситуациях статической нагрузки, но не обязательно хорошо представляли более реалистичные, динамические ситуации подъема (Marras, King, and Joynt, 1984).

Поскольку прогнозирование набора мышц было затруднено в реалистичных (сложных) условиях обработки материалов, в более поздних попытках была предпринята попытка контролировать мышечную активность напрямую, используя мышечную активность в качестве входных данных для нескольких моделей мышц.Эти модели с биологической поддержкой обычно использовали электромиографию (ЭМГ) в качестве монитора мышечной активности. Эти модели позволяли реалистично моделировать самые динамичные трехмерные упражнения с поднятием тяжестей (McGill and Norman, 1985, 1986; Cholewicki, McGill, and Norman, 1991; Marras and Sommerich, 1991a, 1991b; Cholewicki and McGill, 1992; Cholewicki and McGill, 1994; Граната и Маррас, 1993; 1995a; Маррас и Граната, 1995, 1997a, 1997b). Доступные меры проверки предполагают, что эти модели имеют хорошую внешнюю, а также внутреннюю валидность (Granata, Marras, and Davis, 1999; Marras, Granata, and Davis, 1999).Граната и Маррас (1995a) продемонстрировали, как могут происходить ошибки в расчетах нагрузки на позвоночник, если невозможно определить реалистичные оценки набора мышц. Недостатком этих моделей с биологической поддержкой является то, что они требуют применения ЭМГ для рабочего, что часто нереально на рабочем месте.

Развитие этих моделей может повлиять на интерпретацию взаимосвязи работы механической нагрузки на позвоночник. Как указано в обзоре количественных биомеханических исследований, в большинстве оценок нагрузки на позвоночник, выполненных на рабочем месте, использовались двухмерные, одноэквивалентные модели мышц.Таким образом, можно было ожидать, что в этих исследованиях компрессия позвоночника была недооценена, а оценки поперечной силы не были бы реалистичными.

Учитывая, что эти модели основаны на различных допущениях моделирования и сильно различаются по степени полноты, неудивительно, что некоторая изменчивость представленных результатов будет очевидна. Следовательно, при рассмотрении статуса оценок, связанных с риском, нужно внимательно относиться к аналитическим допущениям и инструментам, используемым для получения их выводов.

Взаимосвязь между наблюдениями на рабочем месте и нагрузкой на позвоночник

Учитывая эти ограничения и непрактичность мониторинга ЭМГ на рабочем месте, многие задачи моделируются в лабораторных условиях, чтобы можно было получить более точную и более реалистичную оценку нагрузки на позвоночник. Существует литература, в которой оценивается множество рабочих ситуаций в таких ситуациях. В этом разделе мы исследуем, могут ли компоненты факторов риска, указанные в, быть связаны с большей нагрузкой на позвоночник и спину.

Действительно, можно оценить несколько ситуаций риска, наблюдаемых при использовании количественных биомеханических моделей. По оценке Herrin et al. (Herrin, Jaraiedi, and Anderson, 1986) применили модель с одним эквивалентом мышц к рабочим ситуациям и обнаружили, что сжимающие нагрузки, приложенные к позвоночнику более 6800 Н, значительно увеличивают риск.

Оценка Punnett et al. (1991) действительно включала биомеханический анализ грузов, поднимаемых рабочим, если нагрузка превышала 44.5 N. Используя трехмерную биомеханическую статическую модель (Chaffin, Anderson, and Martin, 1999), оценивали сжимающие нагрузки на позвоночник, когда рабочие принимали различные позы. Несмотря на то, что анализ риска показал, что риск был связан с чрезмерным сгибанием, боковым сгибанием и скручиванием туловища, результаты биомеханического анализа показали, что «менее 3% проанализированных поз приводили к пиковым сжимающим силам 3 430 Н (точка при которые, как полагают, сжимающие силы вызывают повреждение) »(Punnett et al., 1991, с. 344). Следует отметить, что биомеханическая модель, использованная для этой оценки, была статической «одноэквивалентной» мышечной моделью. Как отмечалось ранее, поскольку эти типы моделей не могут объяснить коактивацию мышц, они часто недооценивают сжатие (Granata and Marras, 1995b). Кроме того, из документа не ясно, анализировались ли поперечные силы. Учитывая наблюдаемые ненейтральные позы, можно было бы ожидать, что силы сдвига позвоночника будут более значительными с биомеханической точки зрения, чем сжимающая нагрузка.

Полевые наблюдения Марраса и его коллег (Маррас и др., 1993, 1995, в печати) определили момент, сгибание туловища, боковую скорость туловища, скорость скручивания туловища и частоту подъема как многомерные факторы риска. В этих исследованиях количественно определялись уровни воздействия, при которых каждый фактор риска становился безопасным или опасным. В контролируемых лабораторных условиях эти авторы использовали модели с биологической поддержкой для оценки биомеханической значимости воздействия этих «задокументированных в полевых условиях» безопасных или рискованных уровней воздействия для всех пяти факторов риска.В серии исследований они показали, что воздействие более высоких нагрузочных моментов и сгибания вперед (Marras and Sommerich, 1991a, 1991b; Granata and Marras, 1993, 1995a), воздействие большей боковой скорости туловища (Marras and Granata, 1997b), большая скорость скручивания (Маррас и Граната, 1995) и воздействие более частых повторений (Маррас и Граната, 1997a) были одинаковыми в том, что при более высоких уровнях воздействия наблюдалось усиление сократения мускулатуры туловища. Этот более высокий уровень коактивации отвечал за большую сжимающую нагрузку на позвоночник.Кроме того, было отмечено увеличение как бокового, так и передне-заднего сдвига, особенно для факторов риска бокового изгиба и скручивания. Эти анализы показали, что воздействие больших нагрузочных моментов, ненейтральных поз и движений туловища — все это приводит к более сложному задействованию мускулатуры туловища, что логически увеличивает механическую нагрузку на позвоночник. Таким образом, эти исследования показали, что при использовании более полных трехмерных динамических биомеханических моделей полевые наблюдения за риском хорошо коррелировали с биомеханическими нагрузками (Granata and Marras, 1999).

Эти анализы также хорошо соотносятся с выводами Нормана и его коллег (Norman et al., 1998). Они использовали упрощенную двумерную квазидинамическую модель для анализа нагрузки на позвоночник. Несмотря на то, что эта модель не была трехмерной и не оценивала задействование множественных мышц туловища, она была откалибрована по трехмерной полностью динамической модели с биологической поддержкой (McGill and Norman, 1986, 1987). Как полевое наблюдение, так и биомеханическая интерпретация факторов риска в этом исследовании хорошо согласуются с полевым наблюдением и биомеханической интерпретацией факторов риска, описанными ранее Маррасом и его коллегами.

Таким образом, очевидно, что до тех пор, пока на рабочем месте не будет проведен достаточно чувствительный и надежный биомеханический анализ, взаимосвязь между факторами, связанными с наблюдениями за риском на рабочем месте, и биомеханической нагрузкой может быть не очевидна или эта взаимосвязь может быть недооценена. С этим выводом связана концепция, согласно которой для того, чтобы эргономические вмешательства были полезными, анализ должен быть достаточно чувствительным, чтобы представлять компоненты риска, присутствующие в конкретной работе. Например, проспективный обзор эргономических вмешательств, связанных с 36 работами с анамнезом риска для спины, показал, что только одна треть вмешательств в достаточной мере контролировала риск заболевания поясничного отдела позвоночника (Marras et al., под давлением). Более глубокий анализ этих работ показал, что работники, ответственные за меры по эргономике, часто не использовали инструменты эргономической оценки, которые были достаточно чувствительны, чтобы определить природу риска. Это исследование показало, что использование более чувствительных инструментов позволило бы определить, какие оценки могли контролировать биомеханически связанные риски. Таким образом, это исследование показывает, что часто, когда эргономические вмешательства оказываются неэффективными, это просто случай, когда было выбрано неправильное вмешательство, а не эргономические вмешательства не могли быть эффективными.

Нагрузка на позвоночник при выполнении определенных рабочих задач

Определенные задачи или работы были связаны с повышенным риском заболевания поясничного отдела позвоночника. Эти задачи включают работу с пациентами (Videman, Nurminen, and Troup, 1984; Jensen, 1987; Garg and Owen, 1992; Knibbe and Knibbe, 1996), транспортировку материалов в распределительных центрах и складские операции (Waters, Putz-Anderson и Baron, 1998) и командный подъем (Sharp et al., 1997). Было выполнено несколько биомеханических оценок этих рабочих мест с использованием некоторых из более надежных моделей, рассмотренных выше.Модель с биологической поддержкой использовалась для оценки задач по обращению с пациентом (Marras et al., 1999a). Оценка нагрузки на позвоночник показала, что из изученных методов работы с пациентом с участием одного и двух человек ни один не привел к нагрузке на позвоночник, которая находилась в допустимых пределах. Аналогичные результаты были получены при использовании более традиционных биомеханических оценок (Garg and Owen, 1992).

Обработка груза в значительной степени изучалась с биомеханической точки зрения, при этом многочисленные исследования показали, что во время подъема на позвоночник могут возникать чрезмерные нагрузки (Chaffin, 1979; Schultz and Andersson, 1981; Garg et al., 1983; Freivalds et al., 1984; Макгилл и Норман, 1985; Андерсон, Чаффин и Херрин, 1986; Чаффин, 1988; Cholewicki and McGill, 1992; Галлахер и др., 1994; Дэвис, Маррас и Уотерс, 1998 г .; Fathallah et al., 1998a). Загрузка поддонов в среде распределения была недавно изучена (Marras, Granata, and Davis, 1999). Это исследование имеет важное значение, поскольку оно продемонстрировало, что значительная нагрузка была не только функцией величины нагрузки, но также функцией ее положения относительно позвоночника.

Грузы, обрабатываемые на небольшой высоте и на больших горизонтальных расстояниях от позвоночника, значительно увеличивают нагрузку на позвоночник. Эта повышенная нагрузка обусловлена ​​двумя особенностями. Во-первых, большее расстояние груза от позвоночника увеличивало момент нагрузки, что требовало больших внутренних сил для уравновешивания внешней нагрузки. Эти увеличенные внутренние силы привели к большей нагрузке на позвоночник как при сжатии, так и при сдвиге. Эти результаты согласуются с наблюдениями важности момента нагрузки, отмеченными в.Во-вторых, подъем из низких положений требует большей массы тела, чтобы выходить за пределы опоры для позвоночника. Это действие также увеличивает момент, приложенный к позвоночнику из-за веса туловища и расстояния его центра масс относительно основания, поддерживающего позвоночник. Кроме того, поддерживающие мышцы должны работать в состоянии длительного напряжения, которое, как известно, является одним из самых слабых положений мышцы. Таким образом, риск связан с большей нагрузкой на позвоночник, а также со снижением мышечной способности мышц туловища.

Наконец, было показано, что групповой подъем серьезно изменяет кинематику подъема и положение рабочих (Marras et al., 1999b). Этот биомеханический анализ показал, что эти ограниченные позы снова увеличивают коактивацию мускулатуры туловища и приводят к увеличению как сжимающих, так и сдвигающих нагрузок на позвоночник.

Пути между восприятием боли и нагрузкой на ткани в позвоночнике

Если механические факторы ответственны за сообщение о боли в пояснице, то логика подсказывает, что должны быть доказательства того, что механическое раздражение конструкции должно приводить к восприятию боли в пояснице.В этом разделе будут изучены доказательства существования такой связи или пути между механической стимуляцией и болью в пояснице. С биомеханической точки зрения существует несколько структур, которые могут вызывать ощущение боли в спине при стимуляции. В литературе есть доказательства того, что как клеточные, так и нервные механизмы могут вызывать боль. Как лабораторные, так и анатомические исследования показали, что существуют нейрофизиологические и нейроанатомические источники боли в спине (Bogduk, 1995; Cavanaugh, 1995; Cavanaugh et al., 1997). Как правило, эти пути к боли включают давление на структуру, которая напрямую стимулирует болевой рецептор или запускает высвобождение стимулирующих боль химических веществ.

Исследования выявили болевые пути при боли в суставах, боли дискового происхождения, продольных связках и механизмы ишиаса. В случае фасеточной боли было идентифицировано несколько механизмов, включая обширное распределение мелких нервных волокон и окончаний в фасеточно-поясничном суставе, нервы, содержащие вещество P, высокопороговые механорецепторы в капсуле фасеточного сустава, а также сенсибилизацию и возбуждение нервов в межпозвоночном суставе. фасеточный сустав и окружающие мышцы, когда нервы подвергались воздействию воспалительных или болеутоляющих химикатов (Dwyer, Aprill, and Bogduk, 1990; Ozaktay et al., 1995; Ямасита и др., 1996). Доказательства боли в диске также были выявлены по обширному распределению мелких нервных волокон и свободных нервных окончаний в поверхностном кольце диска, а также мелких волокон и свободных нервных окончаний в прилегающих продольных связках (Bogduk, 1991, 1995; Cavanaugh, Kallakuri, and Озактай, 1995; Каллакури, Кавано, Благоев, 1998).

Несколько исследований также показали, как ишиас может быть связан с механической стимуляцией структур позвоночника.Умеренное давление на ганглии задних корешков приводило к сильным и длительным возбуждающим разрядам, которые могли бы объяснить ишиас. Кроме того, ишиас можно было объяснить возбуждением волокон дорсального корешка, когда ганглии подвергались воздействию пульпозного ядра. Возбуждение и потеря нервной функции в нервных корешках, подвергшихся воздействию фосфолипазы A ₂ , также может объяснять ишиас (Cavanaugh et al., 1997; Chen et al., 1997; Ozaktay, Kallakuri, and Cavanaugh, 1998). Наконец, также было показано, что крестцово-подвздошный сустав является значительным, но малоизученным источником боли в пояснице (Schwarzer, Aprill, and Bogduk, 1995).Следовательно, эти исследования ясно показывают, что существует логическое и хорошо продемонстрированное обоснование того, что механическая стимуляция структур позвоночника может приводить к восприятию боли в пояснице и сообщению о ней. Менее ясно, как они связаны с клиническими синдромами.

Допуск ткани позвоночника

Биомеханическая логика диктует, что нагрузки, прикладываемые к конструкции, должны превышать предел механического допуска для возникновения повреждений. В этом разделе мы исследуем допуски к нагрузке, связанные с различными структурами позвоночника, которые оказались чувствительными к боли, в попытке определить, можно ли ожидать, что уровни нагрузки на структуры позвоночника на рабочем месте превысят допустимые отклонения. конструкции.

В целом проблема кумулятивной травмы имеет большое значение для причинности боли в пояснице на рабочем месте. Лотц и его коллеги (Lotz et al., 1998) продемонстрировали, что компрессионная нагрузка на диск действительно приводит к дегенерации и что характер реакции согласуется с зависимостью от дозы, которая является центральной в идее кумулятивной травмы.

Замыкающая пластина позвонка

Литература разделена относительно болевых путей, связанных с трабекулярными переломами тел позвонков.Некоторые исследователи считают, что повреждение замыкательной пластинки позвонка может привести к проблемам со спиной у рабочих, тогда как другие сомневаются в существовании этого пути. Сторонники этого пути считают, что здоровье замыкательной пластинки тела позвонка необходимо для правильного механического функционирования позвоночника. Было обнаружено, что нарушение снабжения питательными веществами замыкательной пластинки приводит к повреждению диска и нарушению функции позвоночника (Moore, 2000). Это событие способно инициировать каскадную серию событий, которые могут привести к боли в пояснице (Brinkmann, 1985; Siddall and Cousins, 1997a, 1997b; Kirkaldy-Willis, 1998).Переносимость замыкательной пластинки позвонка изучалась в нескольких исследованиях. Исследования показали, что замыкательная пластина является первой структурой, которая повреждается при нагрузке на позвоночник (Brinkmann, Biggemann, and Hilweg, 1988; Calahan and McGill, в печати). Было замечено, что толерантность концевой пластинки снижается на 30-50 процентов при воздействии повторяющейся нагрузки (Brinkmann, Biggemann, and Hilweg, 1988). Этот образец согласуется с доказательствами того, что диск чувствителен к кумулятивному воздействию травм.Торцевая пластина также повреждается передне-задней сдвигающей нагрузкой (Calahan and McGill, в печати). Несколько биомеханических исследований показали, что допуски определенных структур позвоночника могут быть превышены рабочими задачами.

Свидетельство повреждения, связанного с деятельностью, также можно предположить по наличию узлов Шморлса. Некоторые исследования (но не все) предполагают, что узлы Шморлса являются зажившими трабекулярными переломами (Вернон-Робертс и Пири, 1973) и связаны с травмой (Вернон-Робертс и Пири, 1973; Корнберг, 1988).

Существуют значительные доказательства того, что допуск концевой пластины зависит от положения позвоночника при нагрузке на конструкцию. Было показано, что полностью согнутые положения позвоночника значительно снижают толерантность к нагрузке (Адамс и Хаттон, 1982; Ганнинг и МакГилл, в печати). Таким образом, надлежащая биомеханическая оценка риска для поясницы на работе может быть выполнена только при учете положения туловища. Усилия Punnett et al. (1991) и Маррас и др. (1993, 1995) показывают, что риск заболевания поясничного отдела позвоночника увеличивается, если положение туловища во время работы отличается от вертикального положения.

Сдвиговые силы, приложенные к позвоночнику, также снижают переносимость структуры диска, особенно когда позвоночник находится в согнутом положении (Cripton et al., 1985; Miller et al., 1986; McGill, 1997). Эти результаты согласуются с полевыми наблюдениями Norman et al. (1998), а также наблюдения за нагрузкой на позвоночник (МакГилл и Норман, 1985, 1986; Граната и Маррас, 1993, 1995a).

Наконец, возраст и пол были определены как индивидуальные факторы, влияющие на биомеханические пределы допуска замыкательной пластинки.Джаггер и его коллеги (Jager, Luttman, and Laurig, 1991) продемонстрировали с помощью исследований на трупах, что увеличение возраста, а также пола может влиять на толерантность замыкательной пластинки к прочности.

Все промышленные исследования, приведенные в таблице, показывают, что расположение груза (которое, как известно, влияет на осанку туловища), наблюдаемое положение туловища или и то, и другое связаны с повышенным риском возникновения боли в пояснице на работе. Кроме того, обзор литературы по нагрузке на позвоночник также показал, что обработка грузов при движении туловища в ненейтральных позах увеличивает коактивацию мышц и, как следствие, нагрузку на позвоночник (Marras and Sommerich, 1991a, 1991b; Granata and Marras, 1993, 1995a, 1995b; Marras и Граната, 1995, 1997b).Нагрузка на позвоночник в этих изогнутых позах снижает переносимость структур позвоночника. Следовательно, характер или риск на рабочем месте, нагрузка на структуру позвоночника и снижение толерантности концевой пластинки согласуются с ситуацией, которая может указывать на то, что определенные условия работы связаны с повышенным биомеханическим риском заболевания поясничного отдела позвоночника.

Диск

Сам диск может быть поврежден при достаточной нагрузке. Грыжа может возникнуть при компрессии и когда позвоночник находится в чрезмерно согнутой позе (Adams and Hutton, 1982).Кроме того, повторное сгибание при умеренной сжимающей нагрузке привело к повторным грыжам диска в лабораторных исследованиях (Calahan and McGill, в печати). Было показано, что передне-задние поперечные силы вызывают отрыв латерального кольца (Yingling and McGill, в печати). Торсионная устойчивость диска низкая и составляет всего 88 Нм для неповрежденного диска и всего 54 Нм для поврежденного диска (Farfan et al., 1970; Adams and Hutton, 1981). Фаталлах и его коллеги показали, что такие нагрузки обычны на рабочих местах, связанных с более высокой частотой сообщений о заболеваниях поясницы (Fathallah, Marras, and Parnianpour, 1998a, 1998b).

Сложные позы позвоночника, включая гиперфлексию с боковым сгибанием и скручиванием, также могут вызывать грыжу диска (Adams and Hutton, 1985; Gordon et al., 1991). Это наблюдение согласуется с промышленными надзорными исследованиями, указывающими на повышенный риск, связанным со сложными рабочими позами, такими как лабораторные исследования нагрузки на позвоночник при выполнении задач в этих сложных позах, как Фаталлах, Маррас, так и Парнианпур (1998a, 1998b). Эти исследователи также считают, что интенсивность нагрузки через скорость туловища в сложных рабочих позах играет важную роль в риске.

Существуют доказательства того, что биомеханическая устойчивость к факторам риска, связанным с погрузочно-разгрузочными работами, также может изменяться в зависимости от времени суток, когда выполняется подъем. Snook и коллеги (1998) показали, что сгибание рано утром связано с повышенным риском боли. Фатхаллах, Маррас и Райт (1995) показали аналогичные результаты и пришли к выводу, что риск травм также был выше в начале дня, когда гидратация диска была на высоком уровне. Следовательно, в литературе предлагается временная составляющая риска, связанная со временем суток биомеханического воздействия.

Тело позвонка

Губчатая кость тела позвонка повреждается при воздействии сжимающей нагрузки (Fyhrie and Schaffler, 1994). Это событие часто происходит вместе с грыжей диска и расслоением кольца (Gunning and McGill, в печати). Повреждение кости, по-видимому, является частью каскадной серии событий, связанных с болью в пояснице (Brinckmann, 1985; Siddall and Cousins, 1997a, 1997b; Kirkaldy-Willis, 1998).

Связки

Допуски связок зависят от скорости нагрузки (Noyes, De Lucas, and Torvik, 1994).Таким образом, это может объяснить повышенный риск, связанный с изгибающими движениями (скоростью), который наблюдался в исследованиях по надзору (Fathallah et al., 1998a, 1998b). Архитектура межостистых связок может создавать передние поперечные силы на позвоночник, когда он сгибается в позе сгибания вперед (Heylings, 1978). Этот вывод согласуется с недавними трехмерными полевыми наблюдениями за риском (Punnett et al., 1991; Marras et al. 1993, 1995; Norman et al., 1998). Исследования in vitro толерантности пассивных тканей определили 60 нм как точку, в которой начинается повреждение (Adams and Dolan, 1995).Это согласуется с полевыми наблюдениями Marras et al. (1993, 1995), которые обнаружили, что воздействие моментов внешней нагрузки в 73,6 Нм было связано с высоким риском профессиональных сообщений о боли в пояснице. Точно так же Норман и его коллеги (1998) сообщили о почти на 30% большем воздействии момента нагрузки на рабочих местах, связанных с риском боли в пояснице. Среднее значение момента воздействия для случаев боли в пояснице составило 182 Нм из общих нагрузочных моментов (из-за поднятого груза плюс веса сегментов тела).

Кривизна позвоночника также влияет на нагрузку и переносимость структур позвоночника. Недавние исследования показали, что когда кривизна позвоночника сохраняется во время сгибания, мышцы-разгибатели поддерживают сдвигающие силы туловища. Однако, если позвоночник сгибается во время сгибания, а задние связки сгибаются, то связки могут подвергаться значительному сдвигу (McGill, Norman, 1987; Potvin, McGill, and Norman, 1991; McGill and Kippers, 1994). Криптон и его коллеги (1985) обнаружили, что допуск на сдвиг (2000–2800 Н) позвоночника можно легко превысить, когда он полностью согнут.

Также, по-видимому, присутствует сильный височный компонент восстановления статуса связок. Связкам, по-видимому, требуется длительный период времени для восстановления структурной целостности, и задействуется компенсаторная мышечная активность (Solomonow et al., 1998; Stubbs et al., 1998; Gedalia et al., 1999; Solomonow et al., 2000; Wang et al. др., 2000). Время, необходимое для восстановления, может легко превысить типичные циклы работы и отдыха, наблюдаемые в промышленности.

Фасеточные соединения

Фасеточные соединения могут выйти из строя в ответ на сдвигающую нагрузку.Допуск был оценен в 2000 Н нагрузки (Cripton et al., 1985). Было показано, что боковые поперечные силы быстро увеличиваются по мере увеличения боковой скорости ствола (Marras and Granata, 1997b), особенно на уровнях боковой скорости, которые связаны с работами с высоким риском (Marras et al., 1993).

Кручение также может вызвать разрушение фасеточных суставов (Адамс и Хаттон, 1981). Более быстрые скручивающие движения были связаны с работой с высоким риском, и лабораторные исследования объяснили, как увеличение скручивающих движений может привести к увеличению нагрузки на позвоночник при сжатии, а также к сдвигу (McGill, 1991; Marras and Granata, 1995).

Как и в случае с большинством пределов переносимости позвоночника, положение позвоночника значительно влияет на общую нагрузку на позвоночник (Marras and Granata, 1995). Нагрузка на конкретную структуру во многом зависит от конкретной позы и кривизны позвоночника. Распределение нагрузки происходит между апофизарными суставами и диском (Adams and Dolan, 1995). Таким образом, положение позвоночника и характер нагрузки на позвоночник определяют, будет ли поврежден фасеточный сустав или диск.

Адаптация

Хорошо известно, что ткани адаптируются и реконструируются в ответ на нагрузку.Адаптация в ответ на нагрузку была идентифицирована для костей (Carter, 1985), связок (Woo, Gomez, and Akeson, 1985), диска (Porter, Adams, and Hutton, 1989) и позвонков (Brinkmann, Biggeman, и Hilweg, 1989a, 1989b). Адаптация предполагает, что существует хорошее обоснование более высокого риска, наблюдаемого при выполнении работ с высоким риском, требующих высокой нагрузки на позвоночник, а также очень низкого уровня нагрузки на позвоночник (Chaffin and Park, 1973; Videman, Nurminen, and Troup, 1990). Самый низкий уровень риска наблюдается при умеренных уровнях нагрузки.Таким образом, создается впечатление, что существует идеальная зона загрузки, которая сводит к минимуму риск. Выше этого уровня допуски легко превышаются; ниже этого уровня адаптация не происходит. Это согласуется с эпидемиологическими данными, а также с литературой по адаптации.

Теряют ли пружины натяжение при сжатии?

Пружины сжатия теряют натяжение при сжатии?

Многие люди полагаются на работу источников в своей повседневной жизни, как дома, так и на работе.Обычно эти пружины замечаются только тогда, когда они ломаются или работают неправильно. Вы можете задаться вопросом, изнашиваются ли пружины от сжатия? Из-за чего пружина теряет энергию и становится менее эффективной? Вот что вам нужно знать о пружинах, находящихся под напряжением.

Ослабляет ли сжатая пружина?

Пружина, находящаяся под напряжением в течение длительного времени, может ослабнуть. Любой объект будет сопротивляться или деформироваться под воздействием внешнего напряжения. Пружины специально предназначены для деформации, чтобы поглощать энергию внешнего напряжения, а затем возвращаться в свое естественное состояние, когда они высвобождают эту энергию.

Усталость

В течение достаточно длительного периода времени может возникнуть усталость, при которой на объект неоднократно оказывалось достаточное напряжение, и некоторая деформация приобретала постоянный характер. В этом случае восстановить полностью нормальную форму сложнее. По сути, это то, что происходит, когда пружина изнашивается. Если пружина имеет хорошую конструкцию, то при нормальных обстоятельствах вам следует пройти через множество циклов сжатия или отпускания в течение многих лет, прежде чем возникнет усталость.

Ползучесть

Ползучесть — еще одно явление, которое может повлиять на пружину при растяжении.Ползучесть означает, что объект подвергается сжимающей структурной нагрузке, которая создает высокий уровень напряжения, меньший, чем предел текучести материала. Ползучесть чаще наблюдается, когда пружина подвергается воздействию высоких температур в течение длительного периода времени, но это может произойти в любое время, когда возникает продолжительное напряжение.

В результате ползучести пружина деформируется как обычно, но не может восстановить свою полную нормальную форму, что существенно ускоряет эффекты усталости. Если происходит достаточная ползучесть, пружина может деформироваться настолько, что не сможет собрать достаточно потенциальной энергии для выполнения своей работы.В результате пружина ослабляется, иногда даже до такой степени, что она вообще не работает и ее необходимо заменить.

Как защитить свои пружины

Чтобы избежать ослабления пружины из-за проскальзывания, по возможности минимизируйте нагрузку на пружины. Не оставляйте пружины под постоянным сжатием, если это не требуется для их работы. Не подвергайте их воздействию высоких температур, если этого можно избежать. Если ваши пружины находятся в состоянии, которое может привести к проскальзыванию, обязательно проверяйте их регулярно и при необходимости заменяйте.

Еще одно решение для предотвращения усталости ваших пружин — это использование пружин из правильных материалов и отделки. Определенные материалы и отделка пружинной проволоки могут сделать пружину более прочной и устойчивой к усталости. Проволока из таких материалов, как закаленная в масле, оцинкованная и жестко волоченная, а также обработанная дробеструйным упрочнением, гальваника и порошковое покрытие, может обеспечить более длительный срок службы пружины, повысить устойчивость к ржавчине и лучшую долговечность.

Заказать Пружины от IDC Spring Today

Еще один способ защитить ваши пружины — это в первую очередь покупать высококачественные пружины.В IDC Spring мы эксперты по пружинам, и качество — наш приоритет номер один. Чтобы узнать больше о том, как мы производим высококачественные пружины или заказать пружины для ваших проектов, свяжитесь с IDC Spring сегодня.

свяжитесь с намиЗаказать сейчас