Что называется пределом выносливости биология

Биология. 10 класс

§ 3. Закономерности воздействия факторов среды на организм. Пределы выносливости (толерантности)

*Пределы выносливости (толерантности) и зоны воздействия экологического фактора

Человек, наблюдая за жизнью организмов в природе, долгое время не мог получить ответы на ряд интересующих его вопросов. Почему переселение из одной среды обитания в другую для одних видов завершается успешно, а для других — нет? Почему одни виды могут жить в сильно изменяющихся условиях среды, а другим для жизни требуется относительное постоянство этих условий?

Объяснить эти особенности взаимодействия организмов со средой обитания стало возможно после появления науки экологии. Экологические знания позволили установить зависимость жизнедеятельности организмов от силы воздействия экологических факторов. Любая ответная реакция организма на действие фактора среды в конечном итоге отражается на его жизнедеятельности. Она зависит не только от природы фактора, но и от силы и продолжительности его воздействия на организм, то есть от дозы фактора.

Несмотря на разнообразие экологических факторов, был выявлен ряд общих закономерностей в ответных реакциях живых организмов. Теоретически зависимость жизнедеятельности организма (его ответной реакции) от силы воздействия фактора в общем виде можно выразить куполообразной кривой. В реальной ситуации эта кривая, как правило, не бывает идеально симметричной. Как видно из графика, организм проявляет жизнедеятельность не при любой силе воздействия фактора, а в определенном ее диапазоне. Этот диапазон ограничен минимальным и максимальным значениями силы воздействия фактора, переносимыми организмом. Минимальное значение силы воздействия фактора, при котором начинается проявление жизнедеятельности организма, называется экологическим минимумом или нижним пределом выносливости. А максимальное значение, при котором жизнедеятельность организма прекращается, — экологическим максимумом или верхним пределом выносливости. Разные виды могут существенно различаться по этим значениям. В зоне умеренного климата экологический минимум по температуре для древесных растений лежит в области отрицательных температур. Для травянистых растений он немного выше 0 °C (пырей ползучий, тимофеевка луговая, пастушья сумка), а для некоторых культурных растений (огурцы, томаты) он не ниже +10 °C. Следовательно, для каждого вида характерны свои пределы выносливости.

Пределы выносливости, или толерантности (от лат. tolerantia — терпение, выносливость), — диапазон силы воздействия фактора, в котором возможна жизнедеятельность организма.

Если сила воздействия фактора выходит за эти пределы, то жизнь организма в данной среде становится невозможной, и он погибает. В пределах выносливости жизнедеятельность организма сильно варьирует в зависимости от степени выраженности фактора. Но можно выделить три зоны воздействия фактора, в которых организм проявляет характерную ответную реакцию:

1) зона пессимума (от лат. pessimum — причинять вред), или зона угнетения, — диапазоны (их два) силы воздействия фактора, в пределах которых жизнедеятельность организма снижена. При такой силе воздействия фактора невозможны его рост и развитие, но сохраняется возможность для существования.

2) зона нормальной жизнедеятельности, или зона нормы, — диапазоны (их два) силы воздействия фактора, в пределах которых наблюдаются рост и развитие организма. Однако данная сила воздействия фактора неблагоприятна для его размножения.

3) зона оптимума (от лат. optimum — наилучший) — диапазон силы воздействия фактора, в пределах которого организм проявляет максимальную жизнедеятельность. При такой силе воздействия фактора наблюдаются его рост, развитие и размножение.

Для некоторых видов организмов в зоне оптимума можно выделить конкретное значение силы фактора, наиболее благоприятное для жизнедеятельности. Его называют экологическим оптимумом. Однако чаще всего наилучшие показатели жизнедеятельности наблюдаются в определенном диапазоне силы воздействия фактора, то есть в зоне оптимума.

Таким образом, закономерностями воздействия факторов среды на организм являются: экологический минимум, экологический максимум, пределы выносливости. В пределах выносливости можно выделить зоны пессимума, нормальной жизнедеятельности и оптимума.

Источник

§ 3. Закономерности воздействия факторов среды на организм. Пределы выносливости (толерантности)

Оглавление

*Пределы выносливости (толерантности) и зоны воздействия экологического фактора

Человек, наблюдая за жизнью организмов в природе, долгое время не мог получить ответы на ряд интересующих его вопросов. Почему переселение из одной среды обитания в другую для одних видов завершается успешно, а для других — нет? Почему одни виды могут жить в сильно изменяющихся условиях среды, а другим для жизни требуется относительное постоянство этих условий?

Объяснить эти особенности взаимодействия организмов со средой обитания стало возможно после появления науки экологии. Экологические знания позволили установить зависимость жизнедеятельности организмов от силы воздействия экологических факторов. Любая ответная реакция организма на действие фактора среды в конечном итоге отражается на его жизнедеятельности. Она зависит не только от природы фактора, но и от силы и продолжительности его воздействия на организм, то есть от дозы фактора.

Несмотря на разнообразие экологических факторов, был выявлен ряд общих закономерностей в ответных реакциях живых организмов. Теоретически зависимость жизнедеятельности организма (его ответной реакции) от силы воздействия фактора в общем виде можно выразить куполообразной кривой. В реальной ситуации эта кривая, как правило, не бывает идеально симметричной. Как видно из графика, организм проявляет жизнедеятельность не при любой силе воздействия фактора, а в определенном ее диапазоне. Этот диапазон ограничен минимальным и максимальным значениями силы воздействия фактора, переносимыми организмом. Минимальное значение силы воздействия фактора, при котором начинается проявление жизнедеятельности организма, называется экологическим минимумом или нижним пределом выносливости. А максимальное значение, при котором жизнедеятельность организма прекращается, — экологическим максимумом или верхним пределом выносливости. Разные виды могут существенно различаться по этим значениям. В зоне умеренного климата экологический минимум по температуре для древесных растений лежит в области отрицательных температур. Для травянистых растений он немного выше 0 °C (пырей ползучий, тимофеевка луговая, пастушья сумка), а для некоторых культурных растений (огурцы, томаты) он не ниже +10 °C. Следовательно, для каждого вида характерны свои пределы выносливости.

Пределы выносливости, или толерантности (от лат. tolerantia — терпение, выносливость), — диапазон силы воздействия фактора, в котором возможна жизнедеятельность организма.

Если сила воздействия фактора выходит за эти пределы, то жизнь организма в данной среде становится невозможной, и он погибает. В пределах выносливости жизнедеятельность организма сильно варьирует в зависимости от степени выраженности фактора. Но можно выделить три зоны воздействия фактора, в которых организм проявляет характерную ответную реакцию:

1) зона пессимума (от лат. pessimum — причинять вред), или зона угнетения, — диапазоны (их два) силы воздействия фактора, в пределах которых жизнедеятельность организма снижена. При такой силе воздействия фактора невозможны его рост и развитие, но сохраняется возможность для существования.

2) зона нормальной жизнедеятельности, или зона нормы, — диапазоны (их два) силы воздействия фактора, в пределах которых наблюдаются рост и развитие организма. Однако данная сила воздействия фактора неблагоприятна для его размножения.

3) зона оптимума (от лат. optimum — наилучший) — диапазон силы воздействия фактора, в пределах которого организм проявляет максимальную жизнедеятельность. При такой силе воздействия фактора наблюдаются его рост, развитие и размножение.

Для некоторых видов организмов в зоне оптимума можно выделить конкретное значение силы фактора, наиболее благоприятное для жизнедеятельности. Его называют экологическим оптимумом. Однако чаще всего наилучшие показатели жизнедеятельности наблюдаются в определенном диапазоне силы воздействия фактора, то есть в зоне оптимума.

Таким образом, закономерностями воздействия факторов среды на организм являются: экологический минимум, экологический максимум, пределы выносливости. В пределах выносливости можно выделить зоны пессимума, нормальной жизнедеятельности и оптимума.

*Понятие о стенобионтах и эврибионтах

У всех видов организмов в процессе эволюции выработалась способность воспринимать силу воздействия факторов среды в тех пределах, которые благоприятно влияют на их жизнедеятельность. Виды, долго жившие в относительно стабильных условиях среды, утратили способность выдерживать значительные отклонения факторов от их оптимальных значений. В то же время виды, которые были подвержены существенным колебаниям факторов, стали выносливыми по отношению к сильно изменяющимся условиям среды. Врожденное свойство видов приспосабливаться к тому или иному диапазону изменения факторов среды называется экологической пластичностью или экологической валентностью. Экологическая валентность вида шире экологической валентности отдельной особи. У взрослого организма она шире, чем у молодого.

В зависимости от экологической пластичности у организмов имеются разные пределы выносливости к различным экологическим факторам. Именно поэтому одни виды обитают в сильно изменяющихся условиях среды, а другим для жизни требуется относительное постоянство этих условий. В связи с этим переселение из одной среды обитания в другую для одних видов завершается успешно, а для других заканчивается гибелью.

В зависимости от пределов выносливости виды разделяют на две группы: стенобионты и эврибионты. Стенобионты (от греч. stenós — узкий) — виды организмов, имеющие узкие пределы выносливости. Они способны существовать на ограниченных территориях с относительно постоянными условиями среды. Таким образом, стенобионты маловыносливые в отношении изменяющихся условий среды. Их представителями являются типичные обитатели морей и пресных водоемов. Например, камбала живет только в соленой, а карась — только в пресной воде. К стенобионтам также относятся многие животные океанических глубин (скаты), обитатели влажных тропических лесов (колибри), высокогорных районов, пещер изолированного континента Австралия (коала, ехидна, утконос). Стенобионтность ограничивает возможность расселения и обусловливает локальное распространение видов.

Эврибионты (от греч. eurýs — широкий) — виды организмов, имеющие широкие пределы выносливости. Они могут заселять обширные территории и выдерживать значительные колебания факторов внешней среды. Эврибионты характеризуются способностью легко приспосабливаться к сильно изменяющимся условиям среды, поэтому широко распространены по всей планете. Типичным представителем эврибионтов является колюшка, которая может жить как в пресных, так и в соленых водах. Среди растений к эврибионтам относятся ель, сосна, береза, многие сорные травянистые растения (пырей, одуванчик). Из животного царства — собаки, крысы, мыши, воробьи, синицы, голуби.

Рыбы, живущие в стоячих водоемах пустынь, переносят перепады температуры от +10 до +40 °C. Они являются эврибионтами по отношению к температуре по сравнению с антарктическими рыбами, диапазон переносимых температур у которых составляет всего 4 °C (от –2 до +2 °C). Элодея канадская и золотарник канадский являются эврибионтами по температурному фактору, вследствие чего они широко распространились по территории Беларуси. В то же время ручьевая форель — стенобионт по отношению к температуре и концентрации кислорода. Она не выдерживает заметного колебания значений этих факторов, поэтому может жить только в определенных водоемах.

С разнообразием стенобионтов и эврибионтов по отношению к отдельным экологическим факторам (свет, влажность, температура) вы познакомитесь в последующих параграфах данной главы, где рассматриваются приспособления организмов к этим факторам.

Повторим главное. Все виды живых организмов по отношению к различным экологическим факторам имеют определенные пределы выносливости (толерантности). Эти пределы ограничены экологическим минимумом и экологическим максимумом. В пределах толерантности выделяют зоны оптимума, нормальной жизнедеятельности и пессимума. В зависимости от пределов толерантности организмы делят на стенобионтов, имеющих узкие пределы выносливости, и эврибионтов — с широкими пределами выносливости.

Проверим знания

1. Дайте определение понятий «экологический минимум», «экологический максимум», «экологический оптимум», «пределы выносливости».
2. Укажите различия между стенобионтами и эврибионтами. Подтвердите их на конкретных примерах.
3. Что такое «экологическая пластичность», как она влияет на пределы выносливости организмов?
* 4. У организма пределы выносливости по отношению к температуре составляют –8…+40 °C. Какое из значений температуры для него будет оптимальным?

*1. Выберите из предложенных вариантов: 1) 25—60 %; 2) 35—75 %; 3) 45—85 %; 4) 60—95 % — диапазон колебания влажности, при котором организм с экологическим оптимумом 55 % будет чувствовать себя наиболее комфортно.
2. У организма пределы выносливости по отношению к температуре составляют 4—30 °C. Постройте симметричный график зависимости жизнедеятельности организма от температуры, приняв максимальную жизнедеятельность за 100 %. Масштаб произвольный. С помощью графика определите экологический оптимум по отношению к температуре. В какое время года будет наблюдаться размножение данного организма в климатических условиях Беларуси?
3. Фермер решил выращивать капусту на продажу. Какие экологические знания о капусте и условиях среды ему понадобятся для получения максимального урожая и процветания бизнеса?
*4. Рассчитайте экологический оптимум по отношению к температуре для разных видов культурных растений, имеющих следующие пределы толерантности: 1) 15—45 °C; 2) –3…+29 °C; 3) 12—38 °C; 4) –10…+20 °C; 5) 6—24 °C. Расположите эти виды в порядке увеличения холодостойкости. Какие из этих видов можно выращивать в вашей климатической зоне?

*Индивидуальное домашнее задание. Проведите дома эксперимент: в несколько небольших емкостей поместите почву, посейте семена двух видов культурных растений, резко отличающихся по потребности к влаге (огурец, томат, редис, пшеница и др.). Разделите проростки на группы и поливайте их разным количеством воды по возрастающей — от минимального до максимального. Определите для этих растений пределы выносливости и экологические оптимумы, сравните их и сделайте вывод об экологической пластичности изучаемых растений.

Источник

Биология. 10 класс

§ 3. Закономерности воздействия факторов среды на организм. Пределы выносливости (толерантности)

*Пределы выносливости (толерантности) и зоны воздействия экологического фактора

Человек, наблюдая за жизнью организмов в природе, долгое время не мог получить ответы на ряд интересующих его вопросов. Почему переселение из одной среды обитания в другую для одних видов завершается успешно, а для других — нет? Почему одни виды могут жить в сильно изменяющихся условиях среды, а другим для жизни требуется относительное постоянство этих условий?

Объяснить эти особенности взаимодействия организмов со средой обитания стало возможно после появления науки экологии. Экологические знания позволили установить зависимость жизнедеятельности организмов от силы воздействия экологических факторов. Любая ответная реакция организма на действие фактора среды в конечном итоге отражается на его жизнедеятельности. Она зависит не только от природы фактора, но и от силы и продолжительности его воздействия на организм, то есть от дозы фактора.

Несмотря на разнообразие экологических факторов, был выявлен ряд общих закономерностей в ответных реакциях живых организмов. Теоретически зависимость жизнедеятельности организма (его ответной реакции) от силы воздействия фактора в общем виде можно выразить куполообразной кривой. В реальной ситуации эта кривая, как правило, не бывает идеально симметричной. Как видно из графика, организм проявляет жизнедеятельность не при любой силе воздействия фактора, а в определенном ее диапазоне. Этот диапазон ограничен минимальным и максимальным значениями силы воздействия фактора, переносимыми организмом. Минимальное значение силы воздействия фактора, при котором начинается проявление жизнедеятельности организма, называется экологическим минимумом или нижним пределом выносливости. А максимальное значение, при котором жизнедеятельность организма прекращается, — экологическим максимумом или верхним пределом выносливости. Разные виды могут существенно различаться по этим значениям. В зоне умеренного климата экологический минимум по температуре для древесных растений лежит в области отрицательных температур. Для травянистых растений он немного выше 0 °C (пырей ползучий, тимофеевка луговая, пастушья сумка), а для некоторых культурных растений (огурцы, томаты) он не ниже +10 °C. Следовательно, для каждого вида характерны свои пределы выносливости.

Пределы выносливости, или толерантности (от лат. tolerantia — терпение, выносливость), — диапазон силы воздействия фактора, в котором возможна жизнедеятельность организма.

Если сила воздействия фактора выходит за эти пределы, то жизнь организма в данной среде становится невозможной, и он погибает. В пределах выносливости жизнедеятельность организма сильно варьирует в зависимости от степени выраженности фактора. Но можно выделить три зоны воздействия фактора, в которых организм проявляет характерную ответную реакцию:

1) зона пессимума (от лат. pessimum — причинять вред), или зона угнетения, — диапазоны (их два) силы воздействия фактора, в пределах которых жизнедеятельность организма снижена. При такой силе воздействия фактора невозможны его рост и развитие, но сохраняется возможность для существования.

2) зона нормальной жизнедеятельности, или зона нормы, — диапазоны (их два) силы воздействия фактора, в пределах которых наблюдаются рост и развитие организма. Однако данная сила воздействия фактора неблагоприятна для его размножения.

3) зона оптимума (от лат. optimum — наилучший) — диапазон силы воздействия фактора, в пределах которого организм проявляет максимальную жизнедеятельность. При такой силе воздействия фактора наблюдаются его рост, развитие и размножение.

Для некоторых видов организмов в зоне оптимума можно выделить конкретное значение силы фактора, наиболее благоприятное для жизнедеятельности. Его называют экологическим оптимумом. Однако чаще всего наилучшие показатели жизнедеятельности наблюдаются в определенном диапазоне силы воздействия фактора, то есть в зоне оптимума.

Таким образом, закономерностями воздействия факторов среды на организм являются: экологический минимум, экологический максимум, пределы выносливости. В пределах выносливости можно выделить зоны пессимума, нормальной жизнедеятельности и оптимума.

Источник

Предел выносливости

Преде́л выно́сливости (также преде́л уста́лости) — в науках о прочности: одна из прочностных характеристик материала, характеризующих его выносливость, то есть способность воспринимать нагрузки, вызывающие циклические напряжения в материале.

Предел выносливости определяется, как наибольшее (предельное) максимальное напряжение цикла, при котором не происходит усталостного разрушения образца после произвольно большого числа циклических нагружений.

Предел выносливости обозначают как , где коэффициент R принимается равным коэффициенту асимметрии цикла. Таким образом, предел выносливости материала в случае симметричных циклов нагружения обозначают как , а в случае пульсационных как .

Для железистых и титановых сплавов можно установить предельную величину максимальных напряжений цикла, при которых материал не разрушится при произвольно большом числе нагружений. Однако другие металлы, такие как медь или алюминий, подвержены усталостному разрушению под действием сколь угодно малых нагрузок. В таких случаях принято говорить об ограниченном пределе выносливости , где коэффициент N соответствует заданному числу циклов нагружения, и обычно принимается за или циклов.

Содержание

Определение предела выносливости

Предел выносливости материала определяют с помощью испытаний серий одинаковых образцов (не менее 10 шт.): на изгиб, кручение, растяжение-сжатие или в условиях комбинированного нагружения (последние два режима для имитации работы материала при асимметричных циклах нагружения или в условиях сложного нагружения).

Испытание начинают проводить при высоких напряжениях (0,7 — 0,5 от предела прочности), при которых образец выдерживает наименьшее число циклов. Постепенно уменьшая напряжения можно обнаружить, что стальные образцы не проявляют склонности к разрушению независимо от длительности испытания. Опыт их испытания показывает, что если образец не разрушился до циклов, то и при более длительном испытании он не разрушится. Поэтому это число циклов обычно принимают за базу испытаний и устанавливают то наибольшее значение максимального напряжения цикла, при котором образец не разрушается до базы испытаний. Это значение и принимают за предел выносливости.

Результаты испытаний можно представить в виде кривой усталости (также кривая Веллера, S-N диаграмма), которая строится для симметричных циклов нагружения. По оси абсцисс на логарифмической шкале откладывают количество циклов, по оси ординат напряжения:

Кривая усталости (выносливости) показывает, что с увеличением числа циклов уменьшается максимальное напряжение, при котором происходит разрушение материала.

Связь предела выносливости с другими прочностными характеристиками материала

Испытания на усталость очень трудоёмки, связаны с получением и обработкой значительного массива данных, полученных экспериментальным путём и для которых характерен большой разброс значений. Поэтому были предприняты попытки связать эмпирическими формулами предел выносливости с известными прочностными характеристиками материала. Более всего для этой цели подходит такая характеристика материала как предел прочности.

Установлено, что, как правило, для сталей предел выносливости при изгибе составляет половину от предела прочности:

Для углепластиков можно принять:

Аналогично можно провести испытания на кручение в условиях циклически изменяющихся напряжений. Для обычных сталей в этом случае можно принять:

Для хрупких материалов (высоколегированная сталь, чугун) в этом случае можно принять:

Данными соотношениями следует пользоваться с осторожностью, так как они получены при определенных режимах нагружения (изгибе и кручении). При испытаниях на растяжение-сжатие предел выносливости оказывается приблизительно на 10-20 % ниже, чем при изгибе, а при кручении полых образцов он оказывается отличным от полученного при кручении образцов сплошных.

В случае несимметричных циклов образцы испытывают не на изгиб, а на растяжение-сжатие или на кручение с использованием гидропульсаторов. Для несимметричных циклов строят так называемую диаграмму предельных амплитуд. Для этого находят пределы выносливости для выбранного значения постоянного напряжения при соответствующей амплитуде . Точка А при этом очевидно будет являться пределом выносливости при симметричном цикле, а точка В, которая не имеет амплитудной составляющей и по сути является постоянно действующим напряжением, будет являть собой фактически предел прочности :

Практическое применение диаграммы предельных амплитуд заключается в том, что после построения диаграммы, проводятся испытания на только конкретные значения и . Если рабочая точка располагается под кривой, то образец способен выдержать неограниченное количество циклов, если над кривой — ограниченное.

См. также

Литература

Полезное

Смотреть что такое «Предел выносливости» в других словарях:

предел выносливости — предел выносливости: Максимальное по абсолютному значению напряжение цикла, при котором еще не происходит усталостное разрушение при базе испытания. Примечание Пределы выносливости выражают в номинальных напряжениях. [ГОСТ 23207 78, статья 47]… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

предел выносливости — Наибольшее напряжение, при котором материал в состоянии выдержать заданное большое число циклов нагружения [Терминологический словарь по строительству на 12 языках (ВНИИИС Госстроя СССР)] EN endurance limitfatigue strength DE… … Справочник технического переводчика

Предел выносливости — Fatigue limit Предел выносливости. Максимальное напряжение, которое может привести к образованию усталостной трещины при точно установленном числе циклов напряжения. Должно быть установлено значение максимального напряжения и коэффициента роста… … Словарь металлургических терминов

ПРЕДЕЛ ВЫНОСЛИВОСТИ — предел уста л о с т и. мехинич. хар ка материалов; наибольшее напряжение цикла, к рое материал может выдержать повторно N раз без разрушения, где N заданное технич. условиями большое число (напр., 106, 107, 108). Обозначается бr, где r коэфф.… … Большой энциклопедический политехнический словарь

предел выносливости — [endurance limit, ultimate fatigue strength] максимальное по абсолютному значению напряжение цикла, при котором еще не происходит усталостного разрушения до базы испытания (предварительно задаваемое наибольшая длительность испытаний на усталость … Энциклопедический словарь по металлургии

ПРЕДЕЛ ВЫНОСЛИВОСТИ — наибольшее напряжение, при котором материал в состоянии выдержать заданное большое число циклов нагружения (Болгарский язык; Български) граница на издръжливост (Чешский язык; Čeština) mez únavy (Немецкий язык; Deutsch) Dauerfestigkeitsgrenze… … Строительный словарь

ПРЕДЕЛ ВЫНОСЛИВОСТИ — [endurance limit, ultimate fatigue strength] максимальное по абсолютному значению напряжение цикла, при котором еще не происходит усталостное разрушение до базы испытания (предварительно задаваемая наибольшая длительность испытаний на усталость,… … Металлургический словарь

Источник