بیومکانیک شغلینکته

خواص الاستیسیته و پلاستیسیته

بیومکانیک شغلی

هنگامی که مواد تحت اثر نیرو کشیده شوند شروع به تغییر شکل می‌کنند در صورتیکه پس از برداشتن نیرو به حالت اولیه برگردند به این حالت الاستیک گفته می‌شود. (مانند کش که کشیده شود و رها شود.)

اگر نیرو بیشتر از تحمل جسم شود و کشش ادامه یابد جسم تغییر شکل می‌یابد. و پس از برداشت نیرو دوباره جسم به حالت اولیه بر نخواهد گشت. به این حالت پلاستیک گفته می‌شود. هر چه زمان تحت تاثیر بیشتر باشد تغییر شکل هم بیشتر خواهد بود. پس نیرو و زمان تحت تاثیر بر تغییر شکل موثر است.

اثر نیرو بر همه اجسام تا حدی الاستیک و سپس پلاستیک خواهند شد. ساختارهای بدن نیز اینگونه هستند.

دلیل آسیب اسکلتی عضلانی تغییرات پلاستیکی است.

تسلیم (به انگلیسی: Yielding) به پدیدهٔ آغاز تغییر شکل پلاستیک در مواد گفته می‌شود. تنش متناظر، تنش تسلیم نامیده می‌شود.

شکست (به انگلیسی: Fracture) به جدایش یا تقسیم شدن یک جسم جامد در اثر اعمال تنش گفته می‌شود.

مواد ویسکوز: هنگامیکه به انها تنش وارد شود با تاخیر به ان پاسخ می‌دهند. و هنگامیکه تنش برداشته شود با تاخیر برمی‌گردند. بعبارتی زمان عامل مهمی در تغییرات است.

 

عضلات بدن خاصیت ویسکوالاستیک دارند.

ویسکوالاستیسیته (به انگلیسی: Viscoelasticity) خاصیت دسته‌ای از مواد است که رفتاری میان دو خاصیت کلی ویسکوز بودن و کشسان بودن از خود نشان می‌دهند و این خاصیت به هنگام تحمیل نیروی خارجی و اعمال تغییر شکل بر آن پدیدار می‌شود. مواد ویسکوز، مانند عسل، در برابر تنش اعمال شده، پاسخ‌هایی به صورت جریان برشی و کرنش (تغییر شکل طولی) با تغییرات خطی نسبت به زمان از خود واکنش نشان می‌دهند. مواد کشسان، مانند آهن نیز به هنگام رویاروی با تنش، به آرامی کشیده می‌شوند و در صورتی که میزان تنش از آستانه کشسانی آن‌ها فرارتر نرفته باشد، به محض برداشته شدن تنش، به وضعیت اولیه خود باز می‌گردند. مواد ویسکوالاستیک به مانند نام خود، خواصی از این دو دسته کلی مواد دارند. از جمله داشتن خاصیت مقاومت وابسته به زمان در برابر کرنش. کشسان بودن به طور معمول ناشی از وجود پیوندهای گسترده مولکولی در سرتاسر صفحات بلوری جامدات و وجود ساختار منظم و سازمان‌یافته آن‌هاست، ولی در سوی مقابل لزجت ناشی از نفوذ مولکول‌ها و اتم‌ها به درون ساختار نامنظم سیالات است.

بر خلاف مواد کاملاً کشسان، یک ماده ویسکوالاستیک دارای مؤلفه‌های کشسان و ویسکوز است. لزجت یک ماده ویسکوالاستیک باعث می‌شود ماده نرخ کرنشی وابسته به زمان داشته باشد. مواد کاملاً کشسان به هنگام بارگذاری و برداشته شدن آن، انرژی تلف نمی‌کنند. در نمودار تنش بر حسب کرنش مواد کاملاً کشسان و مواد ویسکوالاستیک که در شکل نشان داده شده است، تفاوت بارگذاری‌ها را مشاهد می‌کنید؛ در واقع تلفات هیسترزیک یکی از ویژگی‌های خاصیت ویسکوالاستیسیته مواد است و به صورت ناحیه قرمز رنگ در شکل مشخص شده است. از آن‌جا که لزجت عامل مقابله کننده برای تغییر شکل کشسان سیال بر اثر گرما است، مواد ویسکوز در طی بارگذاری تناوبی انرژی از دست می‌دهند. تغییر شکل کشسان خود را به صورت انرژی اتلافی نشان می‌دهد. ویژگی که در مواد کاملاً کشسان اثری از آن در حین بارگذاری تناوبی دیده نمی‌شود.

به طور مشخص، ویسکوالاستیسیته خاصیتی است که در بعد مولکولی و با بازآرایش مولکول‌ها همراه است. هنگامی که تنشی به ماده‌ای ویسکوالاستیک مانند پلیمر اعمال می‌شود، موقعیت تعدادی از زنجیره‌های بلند پلیمری تغییر می‌کند. این تحرکات یا بازآرایش‌ها، خزش نامیده می‌شود. پلیمرها شکل جامد و صلب خود را حتی هنگامی که برخی از زنجیره‌هایشان تغییر آرایش می‌دهند، حفظ می‌کنند؛ در واقع این تغییر آرایش زنجیره‌ها و در عین حال حفظ کردن شکل و ساختار جامد خود، پاسخی است به تنش اعمال شده. وقتی که این وضعیت در مواد پلیمری پدید می‌آید، در ماده یک تنش بازگشتی نیز شکل می‌گیرد. هنگامی که تنش بازگشتی دارای اندازه‌ای برابر با تنش اعمال شده باشد، ماده دچار خزش نمی‌شود. به محض برداشته شدن تنش اعمال شده اصلی، تنش‌های برگشتی تولید شده پلیمر را وادار می‌کنند تا ساختارهای زنجیره‌ای پیشین خود را باز یابد و به این ترتیب پلیمر شکل اولیه خود را به دست می‌آورد. خزش‌های ماده ویسکوالاستیک در پیشوند ویسکو- و بازگشت کامل آن به حالت اولیه در قالب پسوند –الاستیک در نام این مواد ذکر شده است.

 

مهمترین نیروی تنشی اثرگذار بر کمر تنش برشی است. این تنش سعی در جدا کردن دو قطعه دارد.

در زیر شکل تنشهای وارد بر بدن را مشاهده می‌کنید. از چپ به راست: فشاری، کششی، برشی، خمشی، چرخشی، خستگی

محمدعلی برزگری

فارغ التحصیل کارشناس مهندسی بهداشت حرفه ای از دانشگاه شهید بهشتی تهران و دانشجوی ارشد ارگونومی دانشگاه یزد

نوشته های مشابه

دیدگاهتان را بنویسید

دکمه بازگشت به بالا