Техника - молодёжи 1963-10, страница 10

РЕОЛОГИЧЕСКАЯ

молк ль тест*

kz^-

Щттттшшттт^

Эта сложная конструкция ив пружин, грузов, поршнем моделирует со бой поведение обычною теста. Выяснить подробности реологическою течения теста мы предлагаем нашим читателям.

Интересно, что реологическая модель краски принципиально ничем не отличается от модели свинца. Только для моделирования краски берется легкий грузик, лежащий на очень гладкой поверхности, а цилиндр заполняется легким, не очень вязким маслом. Свинец же моделируется тяжелым грузом на шероховатой поверхности и густым вязким маслом в цилиндре.

Если пружину соединить с пористым поршнем и цилиндром последовательно, получится «тело Максвелла». Оно наглядно показывает, что любая жидкость может быть и упругой и вязкой. Если приложить к нашей модели нагрузку, легко заметить, что пружина сразу же растягивается и тело Максвелла ведет себя, как упругое вещество. Ныряльщики, которые плашмя шлепаются на поверхность воды, хорошо знают эту особенность жидкостей. Но если оставить тело на некоторое время в напряженном состоянии, поршень переместится и напряжения в пружине исчезнут — произойдет «релаксация». Человек, медленно входящий в реку, не встречает сильного сопротивления, так как вода успевает «релаксировать».

А теперь представьте себе слабую пружинку, соединенную с цилиндром, в котором очень вязкое масло. Если быстро растянуть и сразу же отпустить пружину, модель вернется почти точно в исходное положение. При кратковременных нагрузках вещество вроде стекла или вара ведет себя, как упругое тело. Чтобы заметить на такой модели «течение», может понадобиться несколько часов, лет, даже столетий, в зависимости от вязкости масла в цилиндре. Поэтому различия между жидкими и твердыми телами, которые мы привыкли считать качественными, сводятся к тому, что время, необходимое для релаксации напряжений в твердых телах, в миллионы раз больше времени наблюдения. Если бы кто-нибудь смог в течение сотен тысячелетий не отрываясь смотреть на скалы, то он увидел бы, что камень течет, как жидкость.

Реология внутри нас

Успехи кибернетики сразу придали определенную направленность новейшим исследованиям в биологии. Ученые вживляют тончайшие серебряные электроды в живую клетку, разгадывают тайны наследственности, изучают строение и работу мозга.

И почему-то очень редко можно встретить идеи и понятия механики, гидродинамики, математики в биологи

ческих исследованиях, посвященных кровообращению, дыханию, пищеварению.

Появление реологии подтолкнуло исследования в этом направлении. В силу общности своих понятий и представлений реология сумела распространить точные методы физического исследования и на биологию. Сейчас уже выяснено, что живой организм содержит в своем составе целую гамму веществ с различными реологическими свойствами. Скажем, кости приближаются к те-

teaq ньютона

КЗ

тело Бингема

ФАЗЫ ДВИЖЕНИЯ

«гТело Бингема» — параллельно соединенные тела Ньютона и Сент-Венана — моделирует поведение пластического вещества под действием нагрузки. Пока сила не сдвинула с места груз, движения нет. Предел текучести превышен — вещество деформируется с постоянной скоростью. Нагрузка снята — вещество остается «растянутым».

•тело гука

тело прандтля

«Тело Прандтля» — соединенные последовательно тела Гука и Сент-Венана — моделирует поведение грунта под фундаментом здания, для которою важна упругая деформация ниже предела текучести. Малая сила растягивает пружину, и вещество ведет себя, как упругое тело. Зато большая сила растягивает пружину и передвигает груз.

тело Макс в вала

ОБ-

НШЭБ-

»Тело Максвелла» — последовательно соединенные тела Сент-Венана и Гука. При быстром приложении нагрузки вещество ведет себя, как упругое тело, поскольку вязкий элемент не успевает сдвинуться. Зато при длительном действии малой силы вещество (например, вар) медленно течет, как жидкость.

лу Гука, а лимфа — к телу Ньютона — идеально вязкой жидкости.

Кровь по своим свойствам далека от тела Ньютона, но точно установить ее реологическую модель еще ие удалось. Течение крови по тончайшим кровеносным капиллярам мало походит на движение воды в трубке. Ведь кровеносные сосуды слишком сильно отличаются от твердой трубки с круглим сечением. Быть может, именно это препятствовало приложению гидродинамических зависимостей к изучению системы кровообращения.

Реология в состоянии точно описать движение крови по таким необычным с нашей точки зрения каналам, как капилляры. Она в состоянии ие только изучить реологические свойства крови, но и установить, изменяются ли эти свойства при различных заболеваниях. Если да, то простое определение реологических свойств крови даст в руки врача простое и объективное средство диагностики.

Многие заболевания связаны со свертыванием крови. При некоторых заболеваниях этот процесс нарушается, а иногда проходит слишком интенсивно, вызывает появление тромбов — сгустков свернувшейся крови. Только недавно было установлено, что тромбы ~ это тело Максвелла.

Однако мало выяснить механизм течения крови. Нужно еще научиться управлять ее реологическими свойствами, Тогда, быть может, лечение многих сосудистых заболеваний сведется к введению в организм человека веществ, изменяющих реологические свойства крови и тромбов.

Работа мышц — вторая проблема, интересующая как физиологов, так и рео-логов. Выяснено, что мышцы имеют реологическую модель, близкую к модели резины. Однако механизм их действия гораздо сложнее из-за биохимических процессов. Интересно, что опыт реологических исследований высокопо-лимеров применительно к мышечным тканям дал неплохие результаты.

Человеческий организм наделен целым спектром веществ, от качества которых может зависеть его состояние. Научившись управлять их реологическими свойствами, быть может, мы раз и навсегда покончим с ревматизмом, хроническим бронхитом и т. д. Изучение реологических свойств жидкости, заполняющей глазное яблоко, поможет избавить людей от такой страшной болезни, как глаукома.

Применение реологии в биологических исследованиях началось¹ сравнительно недавно. В биореологии еще больше вопросов, чем ответов. Но даже первые результаты говорят о том, что мы на пороге важных открытий.

Первые плоды реологии

Реологическое исследование даже сравнительно простых веществ дает порой любопытные результаты. Если, скажем, молочный гель медленно сжать, потом быстро растянуть и сиять все нагрузки, то, предоставленный самому себе, он сначала быстро сожмется, а потом, после небольшой паузы, как будто «вспомнит» произведенные на него воздействия и начнет медленно растяги-

6