Histeresividad

La histéresis se deriva de “ histéresis ”, que significa “retraso”. Es la tendencia a reaccionar lentamente a una fuerza externa o a no volver completamente a su estado original. Mientras que el área dentro de un bucle de histéresis representa la energía disipada en forma de calor y es una cantidad extensiva con unidades de energía, la histéresis representa la fracción de la energía elástica que se pierde en forma de calor y es una propiedad intensiva que no tiene dimensiones.

Cuando una fuerza deforma un material, genera tensiones elásticas y tensiones de fricción internas . La mayoría de las veces, la tensión de fricción se describe como análoga a la tensión que resulta del flujo de un fluido viscoso , pero en muchos materiales de ingeniería, en tejidos biológicos blandos y en células vivas , ahora se sabe que es erróneo el concepto de que la fricción surge solo de una tensión viscosa. ^{[1] [2]} Por ejemplo, Bayliss y Robertson ^[3] y Hildebrandt ^[4] demostraron que la tensión de fricción en el tejido pulmonar depende de la cantidad de expansión pulmonar, pero no de la velocidad de expansión, hallazgos que son fundamentalmente incompatibles con la noción de que la fricción es causada por una tensión viscosa. Si no es por una tensión viscosa, ¿cómo surge entonces la fricción y cómo se describe correctamente?

En muchos materiales inertes y vivos, la relación entre las tensiones elásticas y friccionales resulta ser casi invariable (algo que no se altera por una transformación). En los tejidos pulmonares, por ejemplo, la tensión friccional está casi invariablemente entre 0,1 y 0,2 de la tensión elástica, donde esta fracción se llama histéresis, h, o, equivalentemente, coeficiente de amortiguamiento estructural. ^[2] Es un hecho fenomenológico simple, por lo tanto, que por cada unidad de energía de deformación elástica máxima que se almacena durante una deformación cíclica, entre el 10 y el 20% de esa energía elástica se grava como fricción y se pierde irreversiblemente en forma de calor. Esta relación fija se mantiene a nivel de todo el pulmón ^[5] , ^{[6] [7],} tiras aisladas de tejido parenquimatoso pulmonar , ^[8] tiras aisladas de músculo liso , ^{[2] [9]} e incluso células vivas aisladas. ^{[10] [11] [12] [13]}

Esta estrecha relación entre las tensiones de fricción y elásticas se denomina ley de amortiguamiento estructural ^{[1] [2] [4] [14]} o, a veces, modelo de fase constante. ^[5] La ley de amortiguamiento estructural implica que las pérdidas por fricción están estrechamente acopladas a las tensiones elásticas en lugar de a las tensiones viscosas, pero el origen mecánico molecular preciso de este fenómeno sigue siendo desconocido. ^{[10] [15]} ' En la ciencia de los materiales , el módulo elástico complejo de un material, G * ( f'), a la frecuencia de deformación oscilatoria f , viene dado por,

${\displaystyle G^{*}(f)=G'+jG''}$

dónde:

• G *( f )= módulo elástico complejo a la frecuencia de deformación oscilatoria, f
• G ′ = el módulo elástico
• G ′′ = el módulo de pérdida
• j2 = ⁻¹

Esta relación se puede reescribir como,

${\displaystyle \ G^{*}(f)=G'(1+jh)}$

dónde:

• h = G ''/ G ''.

En sistemas que cumplen con la ley de amortiguamiento estructural, la histeresividad h es constante o insensible a los cambios en la frecuencia oscilatoria , y el módulo de pérdida G ′′ (= hG ′) se convierte en una fracción constante del módulo elástico.

• Módulo dinámico
• Esfuerzo cortante
• Viscosidad

• Kaczka, David W.; Ingenito, Edward P.; Suki, Bela; Lutchen, Kenneth R. (1997-05-01). "Reparto de las resistencias de las vías respiratorias y del tejido pulmonar en humanos: efectos de la broncoconstricción". Journal of Applied Physiology . 82 (5). American Physiological Society: 1531– 1541. doi :10.1152/jappl.1997.82.5.1531. ISSN  8750-7587. PMID  9134903.