Elastsus: definitsioon ja tähendused (füüsika, majandus, bioloogia)

Tutvu elastsuse definitsiooniga ja tähendustega füüsikas, majanduses ja bioloogias — selged näited, valemid ja rakendused igapäevaelust.

Elastsus võib tähendada:

• füüsikalist omadust — keha võimet tagasi pöörduda algkuju pärast välist jõudu;
• majanduslikku mõistet — muutuse suhtelist suurust ühe muutuja (nt hind) muutuse korral (nt nõudlus);
• bioloogilist nähtust — koestruktuuride (nt naha, arterite, kopsude) venivus ja taastumine ning ökoloogilist vastupidavust (resilience).

Füüsikas ja materjaliteaduses

Füüsikas ja inseneriteaduses tähistab elastsus objekti võimet deformeeruda ja pärast koormuse eemaldamist taastada algne kujund. Elastne deformatsioon on pöörduv; kui deformatsioon muutub püsivaks, räägitakse plastilisest deformatsioonist.

• Hooke’i seadus: väikeste õiget tüüpi deformatsioonide korral kehtib lineaarne seos jõu (või pingeteguri) ja deformatsiooni (venituse) vahel: F = kx (kus F on jõud, k on jäikus, x on nihke suurus).
• Tugevus- ja jäikusparameetrid: pinget mõõdetakse tavaliselt stressina (σ = F/A) ja deformatsiooni kui suhtelist pikkusemuutust ehk strain (ε = ΔL/L). Young’i moodul E on suhteline jäikus: E = σ/ε.
• Teised elastsusmoodulid: nihke- ehk shear-moodul G ja mahumoodul K kirjeldavad aine vastust nihkele ja hüdrostaatilisele rõhule.
• Elastne piir: iga materjalil on piir, kuni mille deformatsioon on elastne. Suurema koormuse korral tekkib püsiv plastiline deformatsioon ning lõpuks purunemine.
• Viskoelastsus: paljud materjalid käituvad ajas sõltuvalt — viskoelastsed materjalid näitavad nii elastseid kui ka aeglaselt voolavaid (viskoosseid) omadusi. Selle tulemusena toimub creep (pidev ajas kasvav deformatsioon konstantse koormuse juures) ja stress-relaxation (pinget vähendav efekt pideva deformatsiooni juures).

Majanduses

Majanduses väljendab elastsus seda, kuidas üks suurus reageerib teise muutusele. Kõige tuntum on hindade elastsus (price elasticity of demand).

• Hinnanelastsus (ε): mõõdetakse tavaliselt kui protsentuaalset muutust nõutavas koguses jagatuna protsentuaalse hinnamuutusega. Diskreetse muutuse puhul ligikaudne valem: ε = (%ΔQ) / (%ΔP). Diferentsiaalvormis: ε = (dQ/dP) * (P/Q).
• Tõlgendused: |ε| > 1 → nõudlus on elastne (kogus reageerib rohkem kui hind); |ε| < 1 → nõudlus on eelas (inelastic); |ε| = 1 → ühikuline elastsus.
• Mõjutegurid: asendajate olemasolu, toote hädavajadus vs luksus, aja pikkus (pikaajaliselt on elastsus tavaliselt suurem), tarbija tulude osakaal.
• Lisaks hinnale kasutatakse ka tuluelastsust (kuidas nõudlus muutub tarbija tulude muutmisel) ja ristelastsust (kuidas ühe kauba hind mõjutab teise nõudlust).

Bioloogias ja meditsiinis

Bioloogias viitab elastsus nii koe füüsikalistele omadustele kui ka ökoloogilisele vastupidavusele.

• Koe elastsus: näiteks elastseenist koosnevad koed (nagu elastsed kiud nahas ja veresoonte seinas) võimaldavad elunditel venida ja seejärel tagasi tõmbuda. Kopsude ja arterite kompliantsus (compliance) mõõdab mahtude muutuse suhet rõhu muutusele: C = ΔV/ΔP.
• Elastsed valgud: elastin ja kollageen annavad koele erinevad omadused: elastin tagab venivuse ja taastumisvõime, kollageen aga tugevuse ja stabiilsuse.
• Ökoloogiline elastsus (resilience): liigi- ja ökosüsteemi võime taastuda häiringust (nt tormi või inimtegevuse järel). See hõlmab nii kiirust kui ka suutlikkust taastada struktuurid ja funktsioonid.

Mõõtmine ja praktiline tähendus

• Mõõtmed ja katsed: materjalide elastsust uuritakse tensiilkatsetega, dünaamilise mehaanilise analüüsiga (DMA), röntgenmikroskoopia ja teiste meetoditega.
• Inseneritöö: õige elastsuse teadmine on oluline konstruktsioonide disainis — liiga elastne struktuur võib olla deformeeruv, liiga jäik aga habras. Elastsete omaduste hindamine aitab prognoosida väsimist, pragunemist ja ohutust.
• Meditsiin: arterite ja kopsude elastsuse muutused on seotud haigustega (nt ateroskleroos vähendab arterite elastsust; kopsupõletik või fibroos muudab kopsude kompliantsust).
• Majanduslik mõju: elastsus aitab poliitikakujundajatel hinnata maksude või subsiidiumite mõju tarbimisele ning ettevõtetel mõista hinnamuudatuste mõju käibele ja tulule.

Kokkuvõte

Elastsus on mitmetahuline mõiste, mis ilmneb nii loodusteadustes kui sotsiaal- ja tervisteadustes. Põhimõtteliselt tähistab see võimet reageerida välismõjule ja pärast mõju lõppemist osalist või täielikku taastumist. Konkreetses kontekstis tulevad mängu spetsiifilised mõõdikud (nt Young’i moodul füüsikas, hinnanelastsuse koefitsient majanduses, või koe kompliantsus meditsiinis), mis võimaldavad omadust kvantitatiivselt kirjeldada ja võrrelda.

Otsing