statisk friktion vs dynamisk friktion: blisterdannelse

Hvad er friktion? Der er mere end en definition af friktion. Og dette har forvirret vores forståelse af, hvordan det er involveret i dannelse af friktionsblister.

ordbogen har to definitioner af friktion:

1. handlingen med at gnide en ting mod en anden
2. den kraft, der modstår relativ bevægelse mellem to kroppe i kontakt

for at forstå, hvordan friktion forårsager blærer, er den anden definition nødvendig. Og i denne artikel, vi kommer til at få endnu en smule mere specifik end det. Inddragelsen af friktion i friktionsblærer er lettere at forstå, når man taler om statisk og dynamisk friktion.

statisk friktion vs dynamisk friktion

statisk friktion er friktion, der opstår mellem to legemer i kontakt med hinanden, mens de er i ro. Det er friktion, der forhindrer et objekt i at bevæge sig, mens det stadig er.

dynamisk (eller kinetisk) friktion er friktion, der modsætter sig bevægelsen af et legeme, der allerede er i bevægelse. Det er friktion, der bremser eller forhindrer et objekt i at bevæge sig.

hvordan forårsager friktion blærer?

statisk friktion forårsager blærer, fordi det resulterer i mere forskydning end dynamisk friktion. At forestille sig foden som en vaklende kasse hjælper med at forklare:

den vaklende kasse og effekten af friktion

kig på denne vaklende kasse. Bevægelseskraften øverst (rød pil) er fra knoglerne, når de bevæger sig frem og tilbage. Og friktionskraften er det, der holder bunden af kassen stationær i bunden – i en tilstand af statisk friktion. Alt mellem toppen og bunden er lavet til at strække og fordreje. Det er shear. Blærer er en skade af gentagne forskydningsforvrængninger.

for at stoppe blærer kan vi enten gøre noget øverst i den vaklende boks – det vil sige reducere knoglebevægelsen. Eller vi kan gøre noget i bunden af den vaklende kasse – reducere friktion – for at gøre det mere glat. .

statisk friktion forårsager blærer

en tilstand af statisk friktion er præcis, hvad vi ser med den vaklende boks. Der er en bevægelseskraft øverst, men ingen bevægelse i bunden. Masser af forskydning forekommer i midten.

nu, hvis den vaklende boks skulle bevæge sig i bunden (fordi bevægelseskraften øverst oversteg friktionskraften i bunden), er det, hvad du vil kalde en tilstand af dynamisk friktion. Giver mening-statisk betyder stadig, dynamisk betyder bevægelse.

her er noget, du sikkert allerede ved uden at indse. Har du nogensinde prøvet at skubbe en tung kasse langs gulvet og fundet ud af, at der kræves en stor indsats for at få den til at bevæge sig … men når du først har fået den i gang, er det lettere at holde den i bevægelse? Det skyldes, at den kraft, du har brug for, for at kassen kan bryde fri for statisk friktion, er højere end den, der kræves for at holde den i en tilstand af dynamisk friktion.

se nedenstående tabel. Uanset hvilken kombination af materialer, er den statiske COF altid højere end den dynamiske (aka kinetiske) COF (undtagen Teflon på Teflon, som er den samme).

de statiske og dynamiske friktionsværdier for nogle almindelige materialer. Disse værdier er omtrentlige. Reference: http://ffden-2.phys.uaf.edu/211_fall2002.web.dir/ben_townsend/staticandkineticfriction.htm

lad os anvende dette på friktionsblister

dette har særlig betydning, når man beskriver årsagen og forebyggelsen af blærer. Fordi når statisk friktion er høj og langvarig, vil der være mere forskydning. Den vaklende kasse bliver nødt til at strække og fordreje yderligere. Hvis vi taler om fodblærer, betyder det inden for hudlagene.

nedenfor er en repræsentation af, hvordan shear udvikler sig (a). Se, hvordan det øges maksimalt til det, vi kalder forskydningstoppen. Shear bygger og bygger, mens der er en tilstand af statisk friktion. Se nu det dynamiske afsnit-så snart der er bevægelse, reducerer shear straks! Så blister dannes, når der er en langvarig tilstand af statisk friktion – jo længere to overflader sidder fast sammen, jo højere vil forskydningen toppe. Og blærer forhindres, når en tilstand af dynamisk friktion opstår tidligere (B) – fordi det giver os en tidligere og dermed lavere forskydningstop.

(A) forlænget tilstand af statisk fiktion

(B) en tidligere begyndelse af dynamisk friktion forårsager en lavere forskydningstop

du må tænke …

” vent et øjeblik, jeg troede gnidning forårsager blærer? Du fortæller mig, at hvis jeg lader gnidning fortsætte i mine sko, kan jeg stoppe blærer?”

denne gnidende misforståelse er udbredt og forståelig. Fordi det centrerer om den første definition af friktion, nævnt i starten af denne artikel (at friktion er handlingen med at gnide en ting mod en anden). Gnidning forårsager ikke blærer.

gnidning forårsager ikke friktionsblister

faktisk fremme gnidning er forudsætningen for de fleste blisterforebyggelsesstrategier.

det er ikke dynamisk friktion (gnidning), der forårsager højeste forskydning. Det er statisk friktion (før gnidningen), der får det til at toppe højest og mere sandsynligt at nå blærefremkaldende niveauer. Det er dog ikke at sige, at gnidning ikke skader huden. Det hele afhænger af friktionsniveauet. Lad mig forklare:

• hvis COF mellem huden og sokken er høj, når der er en tilstand af dynamisk friktion, vil den relative bevægelse være slibende for huden. Hudceller gnides fra toppen. Hvis det fortsætter, vil du ende med et rødt rå sår kaldet et slid (gnidning på andre områder af kroppen). Eller hvis du allerede har en blister der, vil den slibende bevægelse let rive og løsne dit skrøbelige blistertag, og du vil blive efterladt med et rødt råsår på din fod. Men den dynamiske del af processen har ikke været ansvarlig for dannelsen af blisterpakningen. Det var allerede der på grund af forskydningen, der skyldtes statisk friktion.
• hvis du havde den samme mængde bevægelse mellem huden og sokken, men denne gang er COF lav, vil det ikke være så slibende for huden. Du er mindre tilbøjelige til at lide slid af blistertaket.

dette er nøglen til din forståelse af friktionsblærer!

denne differentiering mellem statisk og dynamisk friktion såvel som høj og lav COF er vigtig, da effekten hver har er forskellig. Nedenfor er en oversigt over hud-sok permutationer og den resulterende virkning på huden:

• tilstand af statisk friktion + høj COF = blister-forårsager
• tilstand af dynamisk friktion + høj COF = slid (gnidning) skade
• tilstand af dynamisk friktion + lav COF = blisterforebyggelse
• tilstand af statisk friktion + lav COF = ingen trussel mod hudskade

ovenstående vedrører huden-sok grænseflade. Det ligner på sko-sok-grænsefladen i det:

• en lav COF giver tidlig relativ bevægelse mellem skoen og sokken for at minimere forskydning dvs.: blisterforebyggelse
• forskellen er, at der ikke er nogen risiko for slid. Fordi i dette tilfælde er tilstanden af dynamisk friktion mellem huden og sokken. Sokken forbliver fast på huden og beskytter den således.

reduktion af forskydningstoppen

når det kommer til blærer, beskrives friktionskræfterne i spil teknisk ved “tør friktion”. Dette betyder blot, hvor to objekter er i kontakt med hinanden. Tør friktion er opdelt i” statisk friktion “og”dynamisk friktion”.

dette koncept er fantastisk til at beskrive, hvordan shear når sit maksimum (peak shear). Og hvordan det maksimale kan være blister-forårsager. Det viser endda, hvad du skal gøre for at forhindre blærer.

når peak shear forårsager blærer

blister dannes, når forskydningen er overdreven og gentagen. Formentlig er der en tærskel, over hvilken forskydning bliver blisterfremkaldende. Denne tærskel vil være forskellig for hver enkelt person. Vi har intet mål for det, selvom vi ved, at der er sådan noget som at være blister tilbøjelig.

en tilstand af statisk eller kinetisk friktion?

Forestil dig en vaklende kasse, der sidder på et bord (lad os sige, at den er lavet af jelly). Hvis du skubber den vaklende boks for at forsøge at skubbe den hen over bordet, vil en lille mængde kraft ikke resultere i nogen bevægelse over bordet. Det skyldes, at friktionskraften mellem bunden af gelekassen og bordet er højere end skubbekraften. Dette er en tilstand af statisk friktion. Skub hårdere, og geleboksen begynder at glide hen over bordet (ja, dette er en meget tyk og robust gel). Dette er en tilstand af dynamisk friktion. Disse to stater beskriver, hvad der sker mellem kassen og bordet.

nu før den vaklende jelly boks glider, push får det til at fordreje. Denne forvrængning er forskydning, og forskydning er det, der forårsager blærer. Shear øges mere og mere, indtil bunden af kassen ‘bryder fri’ og glider. Hvad der sker næste gang har særlig relevans for blæreforebyggelse. Du ser, så snart boksen “bryder fri” og dias, forskning viser shear straks bliver mindre – se nedenfor.

statisk friktion vs dynamisk friktion

se på de statiske og dynamiske regioner i denne graf. Se nu, hvor forskydningen er højest. Det er i slutningen af det statiske område, lige før der glider. Det vigtige punkt her er dette: En tilstand af statisk friktion fører til forskydningstoppen (Naylor, 1955). Hvis statisk friktion forlænges, er det mere sandsynligt, at forskydning topper over blistertærsklen. Omvendt reducerer en tilstand af dynamisk friktion forskydning. Jo tidligere diaset er, desto mere sandsynligt vil forskydningen toppe Under blistertærsklen. Interessant!

en langvarig tilstand af statisk friktion fører til en højere forskydningstop

Blisterforebyggelse og forskydningstoppe

Blisterforebyggelse handler om at reducere amplituden af forskydningstoppe, så de falder under blistertærsklen. En måde at gøre dette på er ved at reducere friktionsniveauer. Det vil sige at reducere friktionskoefficienten (COF), hvilket gør den mere glat. Når vi går tilbage til den vaklende boksanalogi, betyder det at gøre det mere glat mellem bordet og kassen. Når der påføres et tryk, glider kassen hurtigere, og forskydningstoppen er lavere (se nedenfor).

forskydning topper under blistertærsklen på grund af en tidligere begyndelse af dynamisk friktion.

jo tidligere diaset er, desto lavere er forskydningstoppen. Dette er nøjagtigt effekten, når du bruger smøremidler, ENGO-pletter, fugttransporterende sokker og andre friktionsreducerende blisterforebyggelsesstrategier.

ved at reducere friktion opmuntrer du til et tidligt dias

lad os være klare i, hvad vi håber at opnå ved at reducere friktion til blæreforebyggelse. Ved at reducere friktionsniveauet opmuntrer du tidligere glidende bevægelse. Det er det, du håber at opnå. Dette kan være anderledes end hvad du tidligere har forestillet dig. Men ved at reducere friktion tilskynder du til et tidligere dias mellem to overflader.

opretholdelse af en tilstand af statisk friktion (at holde foden stadig i skoen) er ikke det overordnede mål med blæreforebyggelse. Og det er bestemt ikke det, du prøver at opnå ved at reducere friktion. Faktisk er det modsatte sandt. Forskydningsskade undgås ved at tillade et tidligt dias. Diasets art er imidlertid kritisk . Dette er, hvad der adskiller en gennemsnitlig blisterforebyggelsesstrategi fra og fremragende.

PS: begrebet statisk og dynamisk friktion er blevet brugt til at beskrive blisterårsag siden Naylors tidlige blisterforskning i 1955. Det er ikke noget nyt! Se hvor langt tilbage forskningen går her.