Что такое закон растяжение

Что такое закон растяжение

С позиций неравновесной термодинамики всю человеческую популяцию можно рассматривать как открытую, неравновесную, самоорганизующуюся систему. Такие системы способны обмениваться энергией и веществом с внешней средой. Явления упорядочения в неравновесных условиях с образованием диссипативных структур были первоначально установлены для относительно простых неорганических систем (ячейки Бенара в гидродинамике, ритмические реакции Белоусова-Жаботинского в неорганической химии…). В дальнейшем понятия неравновесной термодинамики были распространены на сложные, многофакторные биологические и социальные системы (1). Для открытых, неравновесных систем И. Пригожин ввел понятия производства энтропии за счет получения энергии извне и внутреннего времени (2).
Такие самоорганизующиеся системы могут быть стабильными вдали от равновесия и развиваться в сторону упорядочения с образованием диссипативной структуры путем производства энтропии. Это относится и к человеку, и к другим живым организмам. Для отдельных живых существ обмен энергией и веществом с внешней средой — это питание, выделение, согревание, отдача тепла…, а для всего Человечества — это использование источников энергии и других природных ресурсов, и выброс отходов в окружающую среду.
Внутреннее время, в отличии от внешнего, независимого, физического времени, необратимо и характеризует нелинейность процесса развития неравновесных систем. Например, когда два человека одинакового физического возраста постарели в разной степени и им дают разный возраст, это и есть внутреннее время каждого. Смерть — это остановка внутреннего времени, распад диссипативной структуры и переход к разупорядоченному, равновесному состоянию с максимальной энтропией.
По демографическим данным рост численности населения Земли и производительных сил Человечества в историческую эпоху соответствовал гиперболическому закону, и основные количественные показатели роста (более 97%) были достигнуты за одно 2-е тысячелетие н.э. (3). Такой нелинейный, гиперболический путь развития приводит к сжатию внутреннего исторического времени. Применительно к истории развития Человечества физическое, внешнее время — это хронологическая шкала. А историческое внутреннее время определяется видом развития человеческого общества. При линейном развитии историческое и хронологическое время совмещаются. Но при нелинейном, гиперболическом развитии происходит сжатие-растяжение исторического времени.
Выбрав на кривой гиперболического роста населения Земли условную точку отсчета на ординате времени, мы можем наблюдать сжатие исторического времени в будущем и растяжение — в прошлом. Для точки отсчета удобно выбрать 10 век н.э., раньше которого возможно, хотя и грубое, линейное приближение. Действительно, для роста населения до определенного уровня в будущем по гиперболическому закону понадобится значительно меньше времени, чем по линейному (сжатие). И наоборот, для уменьшения количества людей до определенного уровня в прошлом по гиперболическому закону потребует значительно больше времени, чем по линейному (растяжение).
За счет сжатия внутреннего исторического времени при гиперболическом росте, современный уровень численности населения Земли и мирового ВВП, фактически, был достигнут всего за одну тысячу лет. При линейном приближении, заданном наклоном прямой на участке раньше 10 века н.э, продолженном до нашего времен, население Земли составило бы сегодня немногим больше 200 миллионов человек (почти как для других популяций млекопитающих того же веса, что и человек). А для гипотетического достижения современного количества людей и уровня производительных сил общества при развитии по линейному закону потребовались бы миллионы лет.
Растяжение исторического времени в прошлом выражается в том, что численность населения Земли по гиперболическому закону убывает намного медленнее, чем по линейному. Многие тысячелетия в историческом прошлом численность и производительные силы человеческой популяции росли чрезвычайно медленно по сравнению с периодом после 10 века н.э. Интересно, что идея растяжения исторического времени в прошлом отразилось в Ветхом Завете (Адам прожил 930 лет, Ной – 950…).
Конечный возраст человеческой популяции исключает возможность экстраполяции гиперболы роста в глубокую древность, т.к. это не дает нулевой точки числа людей в разумных пределах исторического времени. Приходится допускать возможность существования демографического перехода от линейного роста численности населения Земли к гиперболическому уже в историческом прошлом, а не при антропогенезе, как предполагает С.П. Капица (4). Линейное приближение на интервале до 10 века н.э. дает условную нулевую точку числа людей на ординате времени в интервале 5-6 тысячелетий до н.э., когда количество людей было несопоставимо мало по сравнению с населением Земли после 10 века н.э.
В открытых, неравновесных, многофакторных системах, к которым относится человеческая популяция, на границе устойчивости могут возникать точки бифуркации, в которых дальнейшее развитие системы к новому стационарному состоянию становится неопределенным, и появляется несколько возможных ветвей дальнейшего развития с разным внутренним временем (1). В качестве такой точки бифуркации можно рассматривать демографический переход от линейной скорости роста населения Земли к гиперболической на раннем историческом интервале развития человеческой популяции.
На коротком интервале времени жизни нескольких поколений гиперболический путь исторического развития мог восприниматься только в линейном приближении.
Естественно, что средневековые хронологи и их более поздние последователи, исходя из привычного для каждого человека представления о равномерном, линейном течении времени, не могли учитывать сжатия внутреннего исторического времени, и неизбежно должны были преувеличивать длительность исторического этапа развития Человечества. Представления о сжатии-растяжении внутреннего исторического времени хорошо согласуются с основными положениями новой хронологии. Конечно, такая упрощенная схема сжатия исторического времени скрывает многочисленные внутренние факторы развития человеческой популяции, но обнажает главную тенденцию непрерывного, однонаправленного, ускоряющегося роста.

Литература:
1. Пригожин, И. Стенгерс, И. Порядок из хаоса. Новый диалог человека с природой. Москва. 1986.
2. Пригожин, И. Время, структура и флуктуации. Нобелевская лекция по химии 1977 г. Успехи физических наук, том 131, вып. 2, Июль 1980 г.
3. Коротаев А.В., Малков А.С., Халтурина Д.А. Математическая модель роста населения Земли, экономики, технологии и образования. ИПМ им. Келдыша РАН. Москва, 2005 г. http://www.keldysh.ru/papers/2005/prep13/prep2005_13.html ).
4. Капица С.П. Сколько людей жило, живет и будет жить на земле. Очерк теории роста человечества, Москва. 1999 г. http://malchish.org/lib/philosof/Kapitza/Kapitza.htm ).

Сведения об авторе:
Николай Федорович Челищев, доктор геол.-мин. наук, профессор, лауреат Государственной премии СССР и премии АН СССР им. Ферсмана, 1933 года рождения, последний правнук А.С. Хомякова.

Что такое закон растяжение

ЗАКОН ФРАНКА- СТАРЛИНГА («закон сердца»):

Чем больше мышца сердца растянута поступающей кровью, тем больше сила сокращения и тем больше крови поступает в артериальную систему.

Закон Франка-Старлинга обеспечивает:

  • приспособление работы желудочков сердца к увеличению нагрузки объемом;
  • «уравнивание» производительности левого и правого желудочков сердца (в единицу времени в большой и малый круги кровообращения поступает одинаковое количество крови)

Влияние величины сердечного выброса на АД, приток и отток крови от сердца.

От величины сердечного выброса зависят два условия выполнения адекватной текущим задачам нутритивной функции системы кровообращения: обеспечение оптимального количества циркулирующей крови и поддержание (совместно с сосудами) определенного уровня среднего артериального давления (70—90 мм рт. ст.), необходимого для удержания физиологических констант в капиллярах (25—30 мм рт. ст.). При этом обязательным условием нормальной работы сердца является равенство притока крови по венам и ее выброса в артерии. Решение этой задачи обеспечивается, в основном, механизмами, обусловленными свойствами самой сердечной мышцы. Проявление этих механизмов называют миогенной ауторегуляцией насосной функции сердца. Существуют два способа ее реализации: гетерометрическая — осуществляется в ответ на изменения исходной длины волокон миокарда, гомеометрическая — происходит при их сокращениях в изометрическом режиме.

Миогенные механизмы регуляции деятельности сердца. Закон Франка—Старлинга.

Изучение зависимости силы сокращений сердца от растяжения его камер показало, что сила каждого сердечного сокращения зависит от величины венозного притока и определяется конечной диастолической длиной волокон миокарда. Эта зависимость получила название гетерометрическая регуляция сердца и известна как закон Франка—Старлинга: «Сила сокращения желудочков сердца, измеренная любым способом, является функцией длины мышечных волокон перед сокращением», т. е. чем больше наполнение камер сердца кровью, тем больше сердечный выброс. Установлена ультраструктурная основа этого закона, заключающаяся в том, что количество актомиозиновых мостиков является максимальным при растяжении каждого саркомера до 2,2 мкм.

Увеличение силы сокращения при растяжении волокон миокарда не сопровождается увеличением длительности сокращения, поэтому указанный эффект одновременно означает увеличение скорости нарастания давления в камерах сердца во время систолы.
Инотропные влияния на сердце, обусловленные эффектом Франка— Старлинга, играют ведущую роль в увеличении сердечной деятельности при усиленной мышечной работе, когда сокращающиеся скелетные мышцы вызывают периодическое сжатие вен конечностей, что приводит к увеличению венозного притока за счет мобилизации резерва депонированной в них крови.

Отрицательные инотропные влияния по указанному механизму играют существенную роль в изменениях кровообращения при переходе в вертикальное положение (ортостатическая проба). Эти механизмы имеют большое значение для согласования изменений сердечного выброса и притока крови по венам малого круга, что предотвращает опасность развития отека легких.

Гомеометрическая регуляция работы сердца.

Термином «гомеометрическая регуляция» обозначают миогенные механизмы, для реализации которых не имеет значения степень конечно-диастолического растяжения волокон миокарда. Среди них наиболее важным является зависимость силы сокращения сердца от давления в аорте (эффект Анрепа) и хроно-инотропная зависимость. Этот эффект состоит в том, что при увеличении давления «на выходе» из сердца сила и скорость сердечных сокращений возрастают, что позволяет сердцу преодолевать возросшее сопротивление в аорте и поддерживать оптимальным сердечный выброс.

Что такое закон растяжение

Такая деформация приводит к возникновению в стержне упругих сил, которые принято характеризовать напряжением σ:


Рис. 4.3

В случае растяжения σ считается положительной, а в случае сжатия – отрицательной. Опыт показывает, что приращение длины стержня Δl пропорционально напряжению σ:

Тогда приращение длины можно выразить через модуль Юнга:

Заметим, что растяжение или сжатие стержней сопровождается соответствующим изменением их поперечных размеров d0 и d (рис. 4.3).

Относительное поперечное растяжение (сжатие):

Деформация растяжения. Модуль упругости при растяжении.

Закон Гука. Относительным удлинением.

Деформация растяжения возникает в том случае, если внешние силы направлены по одной прямой в разные стороны вдоль оси бруса. Если представить себе, что в брусе воображаемые продольные волокна, то ясно, что все они удлиняются, и очевидно, удлинения всех волокон будут одинаковыми.

Иначе говоря, материал в любой точке поперечного сечения будет испытывать одинаковую деформацию. Следовательно, и внутренние силы упругости также во всех точках будут одинаковыми, так как они пропорциональны величине деформации. Но это означает, что во всех точках будут одинаковые напряжения. Очевидно, что при таком равномерном распределении внутренних сил по сечению величину действительных нормальных напряжений можно получить, разделив равнодействующую N внутренних сил (продольную силу) на площадь F поперечного сечения бруса, т. е. σр=N:F.

Многочисленными опытами установлено, что в некоторых пределах нагружения при упругих деформациях напряжение при растяжении оказывается прямо пропорционально величине относительного удлинения ε.

Относительным удлинением , называется отношение абсолютного удлинения (прироста длины) бруса к его первоначальной длине, т. е.

Величина ε безразмерная или выражается в процентах. Если коэффициент пропорциональности между напряжением и относительным удлинением обозначить буквой E, то эта зависимость выразится так:

Эта зависимость впервые была установлена английским ученым Гуком и называется законом Гука .

Физический смысл коэффициента пропорциональности заключается в следующем. Если сделать допущение, что Δl=l, а значит ε=1, то E=σр. Можно сказать, что Е — это такое напряжение растяжения, которое возникает в материале, если брус удлиняется на величину, равную своей первоначальной длине.

Нужно отметить, что почти все материалы разрушаются гораздо раньше, чем напряжение достигает величины Е, поэтому это будет фиктивная величина напряжения. Тем не менее, она отображает действительные свойства материала, его способность сопротивляться упругой деформации растяжения. Коэффициент пропорциональности Е называется модулем упругости при растяжении ( модулем продольной упругости ).

Для практических расчетов удобнее такое математическое выражение закона Гука: Δl=(Nl)/(EF), следовательно, абсолютное удлинение, полученное брусом, прямо пропорционально продольной силе и длине бруса и обратно пропорционально площади поперечного сечения и модулю упругости.

При проверочных расчетах необходимо определить действительные напряжения и сравнить их с допускаемыми σр=N/F≤[σр].

При проектных расчетах требуется определить размеры поперечного сечения детали. Расчет ведется в предположении, что действительные напряжения будут равны допускаемым (или несколько меньше допускаемых).

Техническая механика

Сопротивление материалов

Деформации при растяжении и сжатии

Продольные деформации при растяжении и сжатии

Характер деформаций, которым подвергается прямой брус при растяжении или сжатии мы определили, проведя опыт с резиновым брусом, на котором была нанесена сетка линий.
Теперь представим себе брус постоянного сечения имеющий длину l , один из концов которого защемлен, а к свободному концу приложена растягивающая сила F . Под действием этой силы брус удлинится на некоторую величину Δl , которую назовем абсолютным удлинением бруса .
Отношение абсолютного удлинения Δl к первоначальной длине бруса l назовем относительным удлинением и обозначим ε :

Относительное удлинение – величина безразмерная, иногда его выражают в процентах.

Итак, деформация бруса при растяжении и сжатии характеризуется абсолютным и относительным удлинением или укорочением.

Закон Гука при растяжении и сжатии

Напряжения и деформации при растяжении и сжатии связаны между собой линейной зависимостью, которая называется законом Гука, по имени английского физика Р. Гука (1653-1703 г.г.), установившего этот закон.
Сформулировать закон Гука можно так: нормальное напряжение прямо пропорционально относительному удлинению или укорочению .

Математически эта зависимость записывается так:

Здесь Е – коэффициент пропорциональности, который характеризует жесткость материала бруса, т. е. его способность сопротивляться деформации; его называют модулем продольной упругости , или модулем упругости первого рода .
Модуль упругости, как и напряжение, выражаются в паскалях (Па) .

Значения Е для различных материалов устанавливаются экспериментально-опытным путем, и их величину можно найти в соответствующих справочниках.
Так, для стали Е = (1,96.…2,16) х 10 5 МПа, для меди Е = (1,00. 1,30) х 10 5 МПа и т. д.

Следует оговориться, что закон Гука справедлив лишь в определенных пределах нагружения.
Если в формулу закона Гука подставить полученные ранее значения относительного удлинения и напряжения: ε = Δl / l , σ = N / А , то можно получить следующую зависимость:

Произведение модуля упругости на площадь сечения Е×А , стоящее в знаменателе, называют жесткостью сечения при растяжении и сжатии; оно характеризует одновременно и физико-механические свойства материала бруса и геометрические размеры поперечного сечения этого бруса.

Приведенную выше формулу можно читать так: абсолютное удлинение или укорочение бруса прямо пропорционально продольной силе и длине бруса, и обратно пропорционально жесткости сечения бруса.
Выражение ЕА / l называют жесткостью бруса при растяжении и сжатии .

Приведенные выше формулы закона Гука справедливы лишь для брусьев и их участков, имеющих постоянное поперечное сечение, изготовленных из одного материала и при постоянной силе. Для бруса, имеющего несколько участков, отличающихся материалом, размерами сечения, продольной силой, изменение длины всего бруса определяется, как алгебраическая сумма удлинений или укорочений отдельных участков:

Поперечные деформации при растяжении и сжатии

Описанный ранее опыт с резиновым брусом, на котором нанесена сетка линий, показал, что при растяжении поперечные размеры бруса уменьшаются, а при сжатии – увеличиваются, т. е. брус становится либо тоньше, либо толще. Это явление характерно для брусьев, изготовленных из всех материалов.
Опытным путем установлено, что при одноосном растяжении или сжатии отношение относительных поперечной и продольной деформаций для данного материала – величина постоянная.

Впервые на эту зависимость указал французский ученый С. Пуассон (1781-1840 г.г.) и математически она записывается так:

где ν – коэффициент поперечной деформации, называемый коэффициентом Пуассона .

Коэффициент Пуассона является безразмерной величиной, и характеризует упругие свойства материала. При растяжении и сжатии этот коэффициент принимается одинаковым.
Значения коэффициента Пуассона для разных материалов установлены опытным путем и их величины можно найти в соответствующих справочниках.

Потенциальная энергия деформации при растяжении

При статическом (медленном) растяжении образца растягивающая сила F возрастает от нуля до какого-то значения, удлиняет образец на величину Δl и при этом совершает работу W .
Эта работа аккумулируется в деформируемом образце в виде потенциальной энергии деформации U , причем, пренебрегая незначительными потерями энергии (например, тепловыми), можно считать, что W = U .

Путем изучения диаграмм растяжения образцов, установлено, что потенциальная энергия упругой деформации стержня длиной l постоянного поперечного сечения А при одинаковой во всех сечениях продольной силе N = F будет равна:

U = W = F Δl / 2 = N 2 l / (2E А)

Сопротивление материалов оперирует, также, таким понятием, как удельная потенциальная энергия деформации , которая подсчитывается, как потенциальная энергия, приходящаяся на единицу объема бруса.

При одновременном действии растягивающих и сжимающих нагрузок или ступенчатом изменении размеров поперечного сечения бруса, его разбивают на однородные участки и для каждого подсчитывают потенциальную энергию деформации. Потенциальную энергию деформации всего бруса определяют, как сумму потенциальных энергий отдельных участков.

Анализируя формулу потенциальной энергии деформации можно сделать вывод, что эта величина всегда положительная, поскольку в ее выражения входят квадраты линейных и силовых величин. По этой причине при вычислении потенциальной энергии деформации нельзя применять принцип независимости действия сил (поскольку квадрат суммы не равен сумме квадратов слагаемых).
Единицей измерения потенциальной энергии деформации, как и работы, является джоуль (Дж) .

Материалы раздела «Растяжение и сжатие»:

Еще по теме:

  • Аренда муниципального имущества закон Новые разъяснения об аренде Высший арбитражный суд подготовил дополнения в данные им ранее разъяснения по вопросам применения норм Гражданского кодекса о договоре аренды. Соответствующий проект постановления опубликован на сайте ВАС РФ. По отдельным вопросам, возникающим в судебной […]
  • Решение суда петрозаводск Решение суда петрозаводск понедельник - четверг с 09:00 до 12:30 Прием посетителей, обращений и документов по делам: Экспедиция в приемной суда, 1 этаж Тел. (814 2) 790-350, тел./ факс (814 2) 790-345 понедельник - пятница с 09:00 до 16:00,перерыв с 12:30 до 13:30 Прием жалоб на судебные […]
  • Нотариус на варварской 44 Нотариус на варварской 44 Нижегородская областная нотариальная палата Абрамова Елена ЛьвовнаТелефон: (831)258-23-94 Адрес: 603076, г. Нижний Новгород, пр-т Ленина д.44 г Алборова Анастасия ГеоргиевнаТелефон: (831)258-45-45 Адрес: 603073 , Нижний Новгород, ул. Таганская д 1 Алёкина […]
  • Как оформить решение задачи Решение и оформление простых задач в 1 классе Простые задачи на нахождение суммы 1. Ира прочитала 6 книг, а Петя 3 книги. Сколько всего книг прочитали дети? 2. В вазе лежало 5 груш, положили ещё 4 груши. Сколько груш стало в вазе? 3. На первом окне стояло 2 горшка с цветами, а на втором […]
  • Заявление воспитателя гпд на 1 категорию Аттестация воспитателя Не секрет, что аттестация очень трудный и стрессовый этап. Я постаралась поделиться своими знаниями и документами для аттестации, так как когда-то прилично помучилась, готовясь к этой процедуре. Вы найдете необходимый материал для аттестации воспитателя на первую […]
  • Увольнение по ст81 п8 Увольнение с работы на основании п. 2 ч. 1 ст 81 ТК РФ Здравствуйте! Работодатель ОАО Управляющая Компания №2 ДЖКХ г.Нижневартовск. (директор Дадеркин Дмитрий Николаевич) подписал приказ о сокращение моей должности согласно п.2.ч.1. ст.81 ТК РФ. Я отец четверых малолетних детей(младшему […]
  • Правила тайм матч Правила тайм матч Виды ставок: что такое тайм-матч 7 Мая 2014, 08:02 Мы уже рассказывали вам о различных видах ставок (ставка на фору, экспресс, система, ставка на проход) и о том, как их рассчитывать. Сегодня вы узнаете, что такое “тайм-матч” в мире ставок, в чем заключаются […]
  • Отработка часов по суду Обязательные работы и несоблюдение порядка исполнения в виде уклонения Мне дали 200 часов обязательных работ. По моим подсчетам я всё отработал, а органы местного самоуправления утверждают, что осталось ещё 20. Я отказываюсь их отрабатывать. Могут ли мне за это что-то ещё поменять? […]