Что прочнее гранит или сталь

Обновлено: 08.05.2024

Нельзя сказать, какое покрытие лучше для сковороды, не беря во внимание металл для производства посуды, блюда, которые планируется готовить, и даже состав семьи.

Этот обзор познакомит вас с современными видами антипригарных покрытий, их преимуществами и недостатками, примерной стоимостью, особенностями использования, ухода и хранения. Проанализировав информацию и факты, вы выберите и купите самую практичную и надежную сковородку по оптимально цене.

В этой публикации:

Зачем нужно антипригарное покрытие для посуды

На современной кухне сковорода без антипригарного покрытия – раритет, встречающийся все реже и реже.

Гладкий антипригарный слой предупреждает подгорание и прилипание продуктов во время приготовления. Даже если мясо или оладьи подгорят, к поверхности дна ничего не пристанет.
Приготовление на таких сковородках не требует большого количества масла и другого жира, достаточно лишь покрыть дно.
После использования посуды ее легко вымыть без применения щеток и жестких мочалок, хватит мягкой губки.

Антипригарный слой нужен не только внутри, но и снаружи. Это облегчает уход и помогает надолго сохранить привлекательный внешний вид посуды.

Пожалуй, единственный материал, которому не нужна антипригарная защита – чугун. Однако чугунные сковороды дорогие, тяжелые и хрупкие. Ограничиваться только чугуном не хочется, поэтому изучите предложения рынка и сделайте вывод, какое покрытие сковороды идеально для вас.

Преимущества и недостатки современных видов покрытий

Любое антипригарное покрытие, даже если его рекламируют лучшие повара и эксперты, неидеально. Выбирать нужно с учетом блюд, которые собираетесь готовить, вида кухонной плиты, личных предпочтений и даже масла, на котором чаще всего жарите.

Тефлоновое покрытие для защиты от пригорания

Алюминиевая сковорода с тефлоновым покрытием была первой антипригарной посудой, доступной домашним хозяйкам. В процессе производства тефлон наносят на дно и стенки сковородок и кастрюль. В первые годы тефлоновая посуда вызвала ажиотаж, потом ее стали считать вредной. Однако большинство мифов о вреде оказались только рекламными уловками производителей посуды с другими антипригарными составами.

Преимущества сковород с тефлоновым покрытием:

возможность нанесения на посуду любой конфигурации;
высокие антипригарные свойства;
легкость ухода;
низкая стоимость.

Недостатки тоже есть:

нельзя нагревать выше 200 градусов – при высоких температурах тефлон может выделать те самые вредные вещества;
нежелательно использовать без масла;
не подходит для длительного приготовления блюд при высоких температурах;
высокий риск царапин;
посудой с поврежденным тефлоновым слоем нельзя пользоваться;
нельзя заливать холодной водой горячую сковородку.

Выбирайте тефлоновые сковороды для приготовления яичницы, жареной картошки, блинов, оладий, гренок, овощей. Для жарки мяса лучше поискать другую посуду.

Правила выбора:

Ищите сковороду с утолщенным дном – чем оно толще, тем устойчивее изделие к высоким температурам. Для определения температуры производители придумали индикаторы – круги на дне, меняющие цвет.
Внимательно осматривайте тефлоновый слой под разными углами, чтобы не купить брак и или изделие, поврежденное во время транспортировки.
Для уменьшения контакта продукта с жиром, отдавайте предпочтение рельефному дну по типу «гриль».
Тефлоновые сковородки бывают алюминиевыми и стальными – вторые прочнее, устойчивее к деформации и долговечнее.

Керамическое антипригарное покрытие

Современная сковорода с керамическим покрытием не имеет ничего общего с посудой из керамики, но ее принято считать такой же экологичной и безопасной. При нагревании такая посуда не выделяет токсических веществ, так как в составе защитного слоя только природные компоненты – глина, песок, камень.

Для создания антипригарного слоя используют два метода – напыление или накат. Напыление делают на готовые сковородки, поэтому слой получается ровным и не повреждается в процессе формовки.

Накат делают на металлические листы, из которых потом изготавливают сковородки и другие формы. Изделия с напылением дороже, но лучше, долговечнее и практичнее. Как правило, керамическое напыление делают и с внутренней, и внешней стороны.

В продаже есть не только керамические сковороды с белым покрытием, керамику окрашивают в разные оттенки, поэтому ищите на витринах не только по цвету.

После покупки не спешите жарить яичницу, сначала вымойте сковородку теплой водой и насухо вытрите. Сухую поверхность смажьте растительным маслом без запаха. Как правило, производители прикладывают инструкции по уходу, внимательно изучите ее перед эксплуатацией.

Преимущества керамического покрытия:

не боится высоких температур и выдерживает нагрев до 450 градусов, а значит, можно жарить мясо;
относительная устойчивость к царапинам по сравнению с тефлоновым слоем;
простота ухода – к поверхности ничего не пристает и не пригорает;
можно использовать минимум масла (жарка без масла – заблуждение, не пробуйте, если не хотите испортить напыление);

Слабые стороны:

керамическое напыление боится перепадов температур – никогда не лейте холодное на горячую поверхность;
легко поцарапать металлическими предметами – не мешайте вилками и не режьте продукты и блюда на сковородке;
нежелательно замачивать в воде, особенно с растворами и моющими средствами – мойте сразу;
недопустимо чистить абразивными порошками и жесткими мочалками – только мягкие губки.

Критерии выбора:

Качественная керамическая сковорода не может быть подозрительно дешевой! Покупайте изделия известных брендов, обращайте внимание на инструкцию и упаковку.
Толщина дна должна быть не менее 4 мм, меньшая толщина подходит только для быстрых блюд и духовки.
Покрытие должно быть однородным без повреждений и пятен.

Каменное гранитное и мраморное покрытие

Каменные сковородки также производят из алюминия, поэтому не стоит воспринимать название в буквальном смысле. К этому же виду относятся гранитные и мраморные сковороды – каждый производитель сам выбирает, как назвать свою продукцию, но разницы в составе практически нет.

На дно и стенки сковород с каменным покрытием равномерно наносят композитный слой, состоящий из полимеров и гранитной или мраморной крошки. Экологичность посуды производители обосновывают отсутствием в напылении фторполимеров – основы рассмотренного выше тефлон.

Сковороду с мраморным покрытием можно узнать по неоднородной темной поверхности с мелкими светлыми крапинками. Производители рекламируют его как самое стойкое и долговечное, разрешая хозяйкам пользоваться во время готовки металлическими лопатками и вилками. Но долговечность и износостойкость защиты зависит от толщины и слоев напыления.

Антипригарное покрытие этого типа представляет собой прочную пленку, в составе которой входит мраморная крошка. На изделиях иностранного производства можно встретить определение Marble Coating

Преимущества:

высокая стойкость к царапинам, но не стоит царапать дно вилками;
быстро и равномерно нагревается;
долго сохраняет температуру;
не боится высоких температур;
мясо с жирком можно жарить без масла;
служат не менее двух лет при правильном обращении.

Минусы гранитного покрытия:

дороже по сравнению с тефлоновыми и керамическим сковородками;
портятся от контраста температур;
нельзя чистить абразивными и химическими средствами;
может разрушиться от ударов и падения;
не все модели разрешено мыть в посудомоечной машине.

Как выбрать сковородку с каменным покрытием:

Обратите внимание на количество слоев напыления – чем их больше, тем на дольше хватит посуды. Особенно это важно, если покупаете сковороду для частого использования.
Ищите сковородки с толщиной дна не менее 6 мм и толщиной стенок – не менее 3,5 мм.

Титановая сковорода – мифы и преимущества

В титановом покрытии лишь небольшой процент этого ценного вещества, но даже незначительное присутствие титана делает посуду устойчивой к пригоранию и царапинам. Производители заявляют, что такие сковородки могут служить от 10 до 25 лет. Отсюда и более высокая цена – стоимость титановых изделий в несколько раз выше, чем у доступных тефлоновых.

Считается, что титан инертен и не вступает в реакцию с продуктами, поэтому вкусу блюд не грозят посторонние нотки. Материал не окисляется, поэтому безопасен и не боится контакта с любыми овощами и рыбой.

У каждого производителя своя запатентованная технология, поэтому можно встретить разные наименования. Но смотреть лучше не на красивые названия, а на состав. Обратите внимание, чтобы в нем не было никеля.

Какое покрытие выбрать

Ни один эксперт не скажет, какое покрытие для сковороды самое лучшее, безопасное и надежное, потому любое мнение относительно. Посуда, которая продается в магазинах, сертифицирована и имеет сертификаты безопасности. А значит не стоит бояться и искать подвох.

Если переживаете о вреде для здоровья, ищите, чтобы в составе не было PFOA (перфтороктановой кислоты), кадмия, свинца и других опасных веществ.

В идеале нужно иметь несколько сковородок:

недорогую тефлоновую для зажарки супа, яичницы, оладий;
керамическую, чтобы пожарить картошку, овощи, котлеты;
каменную для отбивных и целых кусов мяса.

Обращать внимание нужно не только на покрытие, но и на другие параметры:

форму дна и стенок;
технологию производства;
удобство ручек:
крышку.

Сковорода без покрытия – не вчерашний день

Несмотря на многообразие антипригарных составов, в продаже и сегодня есть сковородки без защитного слоя. В недорогом сегменте это алюминиевая посуда, а в более дорогом – проверенный столетиями чугун.

Алюминиевые сковороды очень капризны, особенно в первые дни использования. К ним постоянно пригорают продукты, а отмыть дно бывает невозможно без щеток и абразивов. Но постепенно поверхность становится менее капризной. На таких сковородках вполне можно готовить и выпекать в духовке, используя для страховки пергамент.

Чугунная утварь может служить десятки лет, со временем ее естественные антипригарные свойства становятся только лучше. Отсутствие какого-либо покрытия позволяет готовить в чугунной посуде при любых температурах, ее можно ставить как в духовку, так и в русскую печь. Есть котелки для приготовления еды прямо на костре.

Есть еще стальные сковороды, но на них лучше не жарить, а тушить овощи, котлеты или макароны с подливой. При жарке сложно избежать пригорания и приставания ко дну. зато нержавеющая сталь не боится кислот, смело готовьте соусы из ягод и фруктов, не бойтесь добавлять уксус.

Сковороды из стекла подойдут для приготовления в микроволновой печи и духовке, а также для быстрого разогрева или обжаривания на электрической плите. Например, можно подрумянить блинчики или разогреть вареники. Для мяса и длительные процессов такие варианты не годятся.

Как правильно обращаться с антипригарной сковородой

Чтобы антипригарный слой долго служил и оставался безопасным, не нужно держать сковороду в шкафу, лучше соблюдайте правила использования и ухода:

Не применяйте для приготовления металлические лопатки и ложки, если производитель не указал о такой возможности в инструкции.
Не используйте для мытья жесткие щетки и металлические мочалки.
Не ставьте на плиту сковороду без масла, если в инструкции отдельно не указано, что можно жарить без жира.
Избегайте слишком сильного нагрева.
Не наливайте холодную воду сразу после приготовления, когда посуда еще горячая.

Если покрытие повреждено так, что виден слой металла, безжалостно выбрасывайте старую и покупайте новую сковородку.

Не бойтесь ошибиться при выборе сковороды и не расстраивайтесь если купили посуду, а потом прочитали негативные отзывы. У каждого человека свое мнение. Возможно другие хозяйки не оценили то что подойдет и понравится вам. Нет и не может быть лучшего покрытия и идеальной сковородки. На кухне все пригодится!

Какая мойка лучше гранитная или нержавейка

Исходя из того, что мойка выполняет одну из самых важных функций на всей кухне, а именно мытье продуктов и посуды, то ее приобретение — это особо важный и ответственный процесс. Ведь сама кухонная мойка в обязательном порядке должна отличаться прочностью, долговечностью, гигиеничностью и надежностью, что напрямую зависит от ее материала изготовления. Отсюда и возникает вопрос: какое изделие и из какого материала лучше?

Кухонные мойки, изготовленные из нержавеющей стали — пожалуй, самое практичное решение. Их цена достаточно доступная, а эксплуатационные характеристики на высоте:

устойчивость к проявлениям коррозии;
длительный срок службы на протяжении не менее 10 лет;
экологическая безопасность;
простой уход;
высокий уровень ударной прочности и неподверженность к различным деформациям.

Единственное, что стоит отметить: уровень звукопоглощения данных моделей достаточно низкий, что может во время эксплуатации предоставлять неудобства.

Гранитные мойки — это самый настоящий залог прочности. Современные модели отличаются максимальной твердостью и отличным уровнем устойчивости к различным царапинам. К тому же их эксплуатационный срок довольно продолжителен и отличается своей долговечностью — около 15-20 лет. Среди дополнительных преимуществ подобных изделий можно также выделить:

высокий уровень звукоизоляции;
изделия не склонны к изнашиванию, впитыванию влаги и не теряют свой первозданный вид даже под воздействием высоких температур;
разнообразный дизайн и широкий выбор цветовой гаммы изделия;
устойчивость к агрессивному воздействию кислот.

Кухонные мойки из гранита практически лишены каких-либо недостатков, но некоторые особенности все же стоит учитывать: сравнительно высокая цена относительно других изделий, большой вес и склонность к впитыванию красящих веществ (хотя при своевременном их обнаружении данная проблема легко решается).

В итоге можно сделать вывод, что выбор мойки и ее материала изготовления — вопрос индивидуальный. Так, в случае запланированного дорогостоящего ремонта, который будет актуальным для дома еще долгие годы, предпочтение лучше отдать моделям из гранита. А если главной целью является установка недорогой и в то же время современной кухонной мойки, то в этом случае изделия из стали станут как раз идеальным решением.

Шкала Мооса

При описании свойств гранита и мрамора – горных пород, наиболее часто используемых при изготовлении надгробных памятников, нередко упоминается так называемая шкала твердости Мооса. Для чего и как она используется, расскажем в нашей статье.

Прежде всего, необходимо понять, зачем необходимо определение твердости камня или металла. Если речь идет о покупателе, то твердость является показателем долговечности и – как следствие – стоимости изделия. Речь может идти как о памятнике из натурального камня, так и, например, о драгоценностях или украшениях. Самый простой пример, известный практически каждому – это способность алмаза царапать стекло. Отсюда берет свое начало самый популярный способ определения подлинности камня.

Но вернемся к изготовлению памятников. Твердость камня исключительно важна для мастера-камнереза, поскольку она определяет целый ряд моментов:

трудозатраты и время на обработку заготовки;
инструмент, необходимый для работы;
применяемые методики камнеобработки;
возможность реализовать тот или иной художественный замысел.

Как видим, твердость камней по шкале Мооса имеет широкий спектр применения в коммерческой и промышленной камнеобработке, а ее ценность для специалиста сложно переоценить.

Теперь перенесемся на два столетия назад к истории возникновения шкалы Мооса и ее создателю.

Карл Фридрих Кристиан Моос (Carl Friedrich Christian Mohs) родился 29 января 1773 года в немецком городе Гернроде. История практически не сохранила фактов о его детских и юношеских годах. Известно лишь что Моос посещал Галле-Виттенбергский университет, где изучал химию, физику и математику. После окончания университета и вплоть до 1801 года Моос работал в простой шахте, дослужившись до должности штейгера (шахтного мастера).

В 1802 году Моос переезжает в Австрию. Первой его работой стала систематизация частной коллекции минералов. В 1812 году он обосновывается в австрийском городе Грац, где под руководством эрцгерцога Иоганна Австрийского работает над созданием местного музея и научной академии (впоследствии известной как Грацский технический университет).

Карл Фридрих Христиан Моос -
создатель шкалы измерения твердости

Наиболее известным научным достижением Фридриха Мооса стала разработка им шкалы механической твердости минералов. В свое время это было оригинальным решением, поскольку ученые и инженеры ранжировали минералы по их химическому составу, не прибегая к механическому воздействию.

Моос выбрал наиболее практичный и простой способ, предложив шкалу из 10 позиций. Десятую занял самый прочный (в свое время) минерал алмаз, на первой расположился наиболее мягкий тальк. Между ними ученый расположил еще восемь эталонных минералов, которые обозначили промежуточные позиции. В результате получилась следующая таблица:

Относительная твердость	Название минерала	Химическая формула	Аналоги
1	Тальк	Mg₃Si₄O₁₀(OH)₂	Графит
2	Гипс	CaSO₄·2H₂O	Слюда
3	Кальцит (известковый шпат)	CaCO₃	Золото, серебро
4	Флюорит (плавиковый шпат)	CaF₂	Доломит
5	Апатит	Ca₅(PO₄)₃(OH-,Cl-,F-)	Гематит, лазурит
6	Ортоклаз (калиевый полевой шпат)	KAlSi₃O₈	Опал
7	Кварц (диоксид кремния)	SiO₂	Гранат, турмалин
8	Топаз	Al₂SiO₄(OH-,F-)₂	Аквамарин, изумруд
9	Корунд	Al₂O₃	Сапфир, рубин
10	Алмаз (углерод)	C	Эльбор

Достаточно странно видеть «по обе стороны» шкалы фактически один и тот же элемент – углерод в виде графита и алмаза. Впрочем, из школьного курса химии можно вспомнить, что алмаз обладает исключительной твердостью лишь благодаря своей сверхплотной кристаллической решетке.

В настоящее время по твердости с алмазом могут конкурировать лишь две его модификации – фуллерит и лонсдейлит, превосходящие его по этому параметру на 58% и 110% соответственно.

Для того, чтобы облегчить проведение замеров в полевых условиях, приведем показатели твердости для предметов, которые гарантированно можно найти в любом кармане:

Относительная твердость	Название
2.5	Человеческий ноготь
3.5	Медная монета
5.5	Стекло
6	Лезвие ножа
6.5	Напильник

Как видно из таблицы, закаленная сталь, из которой изготавливают напильники, заметно тверже стекла, но уступает кварцу, имеющему твердость драгоценного камня. Благодаря этому свойству, ювелиры и огранщики долгое время использовали простой напильник или надфиль для определения стеклянных подделок, пока их не сменил гораздо более технологичный рефрактометр.

Теперь приведем показатели твердости для материалов, используемых при изготовлении памятников:

Относительная твердость	Камень
3.5	Мрамор
6.5	Гранит

Как видим, мрамор – при всей его эстетичности – весьма и весьма мягок и подвержен эррозии и другим внешним воздействиям. Поэтому, в отличие от гранита, мрамор должен проходить специальную обработку перед установкой памятника на кладбище.

Наконец, укажем твердость металлов, из которых изготавливаются декоративные аксессуары и фурнитура для памятников:

Относительная твердость	Металл
3	Бронза
3	Медь
4	Латунь

Данная таблица наглядно демонстрирует причину, по которой изготовители итальянской бронзы на памятники практически полностью перешли на использование латуни – несмотря на ее недостаточно насыщенный, белесый цвет.

В заключение необходимо заметить, что все вышесказанное верно только применительно к веществам в чистом виде. Об этом необходимо знать и помнить, поскольку в наше время производители часто добавляют к металлам примеси для повышения их твердости и прочности. Так, например, в золото (индикатор MOHS 3) часто добавляют никель (значение MOHS 4) – чтобы улучшить показатели прочности готового изделия.

Несмотря на то, что до настоящего времени шкала определения твердости Мооса не потеряла свой актуальности, особенно при проведении полевых измерений, с середины прошлого века геологи и минерологи перешли на склерометры, использующие инденторы – специальные элементы, представляющие собой шарики, конусы или пирамиды, изготовленные из закаленной стали, высокопрочного сплава или алмаза. Но даже значительно превосходя изобретение двухсотлетней давности по точности измерений, современные склерометры не могут даже приблизиться к диапазону значений шкалы Мооса.

Компанию, которая изготоваливает надгробные памятники в вашей области, вы найдете в разделе Изготовление памятников нашего ритуального справочника

Индивидуальные предприниматели и компании, предлагающие благоустройство могил в Вашем регионе

Где собака зарыта?

Все мы – плоды эволюции. Природа миллионы лет экспериментировала, прежде чем сделать нас такими, какие мы сейчас есть. Если бы перед инженером-механиком поставили задачу сконструировать кость человека, то он бы наверняка сразу же спросил, для чего она нужна, т.к. форма, размеры и внутренняя структура кости должны определяться её функцией в скелете. Как же работают наши кости? Как и любые строительные элементы, кости нашего скелета работают в основном на сжатие, растяжение или изгиб. Эти режимы работы предъявляют к костям как элементам скелета далеко не одинаковые требования.

Каждому ясно, что спичку или соломинку довольно трудно разорвать, растягивая их вдоль оси, и очень легко сломать, изогнув. В инженерных конструкциях, как и в скелетах животных, желательно сочетание прочности с лёгкостью. Как добиться максимальной прочности конструкции при заданной массе и известной прочности материала? Эта задача довольно проста, если элемент конструкции должен работать либо на продольное растяжение, либо только на сжатие. Пусть, например, надо подвесить некоторый груз на тросе определённой длины. Прочность троса будет равна прочности его самого тонкого участка, поэтому вес троса будет наименьшим, если площадь его сечения по всей длине одинакова.

Почему кость внутри полая? Если элемент конструкции работает также на изгиб, например, когда мы удерживаем груз рукой, согнутой в локте, то задача поиска максимальной прочности при заданной массе становится более сложной.

Локтевая кость работает на изгиб, а плечевая – на растяжение, когда мы удерживаем груз согнутой в локте рукой

Очевидно, что нижние слои локтевой кости сжимаются, а верхние растягиваются. При этом длина срединных слоёв не изменяется при изгибе локтевой кости, и поэтому материал, находящийся в этих слоях, не работает (т.е. не деформируется), а лишь утяжеляет кость. Значит, часть материала вдоль оси кости можно удалить без большого ущерба для её прочности, если кость работает в таких условиях. Таким образом, оптимальной будет кость с частично отсутствующей «сердцевиной», т.к. цилиндрический слой около оси кости не претерпевает существенных деформаций при изгибе и только увеличивает её массу.

Схематическое изображение локтевой кости (горизонтальный брус) в ненагруженном состоянии (вверху) и при деформации, вызванной действием силы F, приложенной к его свободному концу (внизу). Пунктир обозначает положение недеформируемого слоя

Естественно, что и природа в процессе эволюции использовала такой способ уменьшения массы человека и животных при сохранении прочности их скелета. Наиболее отчётливо это проявилось у птиц, которые больше других животных заинтересованы в уменьшении своей массы. Например, у фрегата, птицы, имеющей размах крыльев около 2 м, масса скелета всего 110 г. Однако и у бескрылых животных кости внутри тоже полые. Измерения показывают, например, что для самой крупной трубчатой кости скелета, бедренной, отношение внутреннего диаметра поперечного сечения к внешнему у человека и других млекопитающих составляет 0,5–0,6, что даёт возможность приблизительно на 25% уменьшить массу скелета при сохранении той же прочности.

Почему кость прочнее гранита? Прежде чем хвалить природу за её осведомлённость в вопросах сопротивления материалов, посмотрим, достаточно ли прочны наши кости. В таблице приведены значения критических напряжений (отношение приложенной силы к площади поперечного сечения образца), при которых нарушается целостность различных материалов при испытаниях на сжатие и растяжение, а также их модули Юнга.

Как это ни удивительно, но кость по прочности уступает только твёрдым сортам стали и оказывается гораздо прочнее ставших образцами прочности гранита и бетона. Чем же это объясняется?

Кость – композитный материал и состоит из двух совершенно различных компонентов: эластичного коллагена (из него в основном состоят все наши сухожилия) и кристаллов гидроксиапатита кальция Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂ – 60% по массе.

Известным примером композитного материала служит стеклопластик, представляющий собой смесь стеклянных волокон и смолы. Причиной высокой прочности кости является сочетание эластичности и твёрдости. Многие обычные (не композитные) материалы, обладая большой твёрдостью, очень хрупки. Каждый видел, как разбивается стекло. От места, где по стеклу ударили, разбегаются трещины, которые и раскалывают лист. Если трещины не успевают образоваться, как это происходит при ударе пули, то лист стекла остаётся целым, за исключением области, куда пришёлся удар.

Таким образом, прочность многих материалов была бы гораздо выше, если бы их структура препятствовала распространению трещин. Наличие в кости сетки из коллагена, обладающего высокой эластичностью, служит преградой для распространения в ней трещин. В то же время твёрдость кости обеспечивается кристаллами гидроксиапатита кальция, отложившимися на поверхности коллагеновых нитей. На композитную природу кости указывает низкое значение её модуля Юнга по сравнению с однородными материалами, обладающими такой же прочностью.

Какой же запас прочности у наших костей? Средняя часть плечевой кости человека имеет площадь поперечного сечения около 3,3 см 2 . Используя данные, приведённые в таблице, легко показать, что максимальный вес груза, который может удерживать эта кость, находясь в вертикальном положении и работая на сжатие, близок к 60 000 Н. В то же время максимальная сила, которую может выдержать та же кость, если она работает на изгиб, а сила приложена к свободному концу кости перпендикулярно оси, близка к 5500 Н.

Механика карате

Прекрасной иллюстрацией прочности костей человека может служить популярный сейчас вид спортивных упражнений – карате. Тем, кто видит впервые каратиста, разбивающего крепкие бруски дерева или бетона, часто кажется, что это мистификация. Однако даже новичок после недолгой тренировки сможет легко разбить голой рукой брусок дерева, а потом и целую стопку.

Как может голая рука разбивать такие прочные предметы, как дубовые или бетонные бруски, не ломаясь сама? Сначала попробуем оценить необходимую для этого энергию W_р. Используя закон Гука для деформации бруска и формулу для потенциальной энергии, запасённой в сжатой пружине, можно получить выражение для W_р:

где V – объём бруска, Т – максимальное напряжение, которое выдерживает материал бруска, Е – модуль Юнга. Формула подтверждает интуитивные соображения, что, брусок тем труднее разорвать, чем он больше и чем эластичнее материал бруска, т.к. большая энергия тратится на его растяжение.

Как правило, в своих показательных выступлениях каратисты используют бетонные кирпичи размером 0,4 0,05 м. Принимая во внимание данные из таблицы и приведённую выше формулу, можно получить, что для таких брусков W_p

То, что рука каратиста не ломается при ударе о брусок, частично объясняется гораздо большей прочностью кости по сравнению с бетоном. Высокоскоростная киносъёмка кулака каратиста в момент удара показала, что его замедление при соприкосновении с бруском составляет примерно 4000 м/с 2 . Поэтому сила, действующая со стороны бруска на кулак массой 0,7 кг, составляет 2800 Н.

Если весь кулак в момент удара заменить костью длиной 6 см и диаметром 2 см, фиксированной в двух крайних точках, а удар о брусок моделировать силой, действующей на её середину, то в таких условиях кость может выдержать 25 000 Н. Это приблизительно в 8 раз больше, чем сила, действующая на кулак каратиста при разламывании бетонных брусков.

Однако возможности руки каратиста противостоять таким ударам ещё больше, т.к. в отличие от бетонного бруска она не поддерживается по краям и удар не приходится точно в середину. Кроме того, между костью и бруском бетона всегда находится эластичная ткань, амортизирующая удар. Итак, ссылаться на хрупкость наших костей, оправдывая свою нерешительность, мы не вправе. Они не подведут.

А сухожилия зачем?

Многие из тех движений, которые мы совершаем, бывают периодическими. К ним относятся ходьба, бег, катание на лыжах, коньках, приседания и т.д. Во время этих движений различные части тела движутся неравномерно. Например, при беге или ходьбе каждая нога попеременно уменьшает свою скорость до нуля, соприкасаясь с землёй и тормозя при этом перемещение тела. В последующем та же нога, отталкиваясь от земли, ускоряет это перемещение. Чтобы заставить автомобиль двигаться подобным образом, нам нужно было бы с частотой около 1 Гц нажимать то на педаль газа, то на тормоз. Естественно, что расход горючего при таком импульсном характере движения резко возрастает, т.к. часть кинетической энергии автомобиля при торможении переходит в тепло. Неужели бег человека и животных так же неэкономичен, как движение этого гипотетического автомобиля?

Конечно, нет. Исследования учёных показали, что при беге часть кинетической энергии в фазе торможения хранится в сухожилиях ног в виде потенциальной энергии их деформации, которая переходит опять в кинетическую подобно тому, как это происходит при отскакивании резинового мяча от стены. Таким образом, сухожилия являются запасниками механической энергии во время бега и других циклических движений.

Свойства сухожилий более или менее одинаковы у всех животных, однако конечности копытных, например овец и лошадей, наиболее приспособлены для хранения механической энергии. Некоторые мышцы в нижних частях ног этих животных состоят практически из одних сухожилий. Самым выразительным примером такого использования сухожилий могут служить нижние части конечностей верблюда, почти лишённые мышечных волокон. В ноге человека самым мощным является ахиллово сухожилие, на которое при беге может действовать растягивающая сила до 4000 Н.

Каждый может сам легко убедиться, что механическая энергия действительно запасается в наших ногах, как в пружинах. Для этого попробуйте приседать, сильно сгибая колени. Вы сразу заметите, что подниматься гораздо легче, если выпрямлять ноги сразу, а не задерживаться в положении с согнутыми ногами. Это можно объяснить тем, что при сгибании колен сухожилия сначала растягиваются, и если, не давая им укоротиться, начать разгибать колени, то запасённая в сухожилиях потенциальная энергия перейдёт в кинетическую. Если же позволить им укоротиться ещё до подъёма, то эта энергия перейдёт в тепло.

Читайте также: