Оболочка

I

Оболо́чка

в технике и теории упругости, твёрдое тело, ограниченное двумя криволинейными поверхностями, расстояние между которыми мало по сравнению с двумя другими размерами. Поверхность, делящая пополам толщину О., называется срединной поверхностью; в зависимости от её очертания различают цилиндрическую О. с сечением круговой, эллиптической и др. формы; конические, тороидальные и т.д. (рис. 1). О. классифицируются также по полной кривизне (См. Полная кривизна) поверхности — т. н. гауссовой кривизне: положительной — сферические, эллипсоидальные и др. О., нулевой — цилиндрические, конические; отрицательной — гиперболические параболоиды. О. могут быть постоянной и переменной толщины. Они подразделяются на одно-, двух- и многослойные. В зависимости от материала О. бывают изотропными либо анизотропными. Выполняются О. из железобетона, стали, дерева, лёгких сплавов, пластмасс и др. строительных материалов.

Под воздействием внешних нагрузок в О. возникают внутренние усилия, равномерно распределённые по толщине (т. н. мембранные напряжения, или напряжения в срединной поверхности), и усилия изгиба, образующие в сечениях О. изгибающие и крутящие моменты, а также поперечные силы. Благодаря наличию мембранных усилий О. сочетают значительную жёсткость и прочность со сравнительно малым весом, что отличает их от пластинок. Если напряжениями изгиба при расчёте можно пренебречь, то О. называется безмоментной. Наличие моментов характерно для участков О., примыкающих к краям (так называемый краевой эффект).

Если напряжения лежат в пределах пропорциональности для материала О., то методы расчёта О. основываются на зависимостях упругости теории (См. Упругости теория). Чаще всего для тонких О. применяют гипотезу Кирхгофа — Лява, по которой любое прямое волокно, нормальное к срединной поверхности до деформации, остаётся прямым и нормальным к срединной поверхности и после деформации; вместе с тем его длина остаётся неизменной. Кроме того, считают, что нормальными напряжениями в направлении, перпендикулярном к срединной поверхности, можно пренебречь по сравнению с основными напряжениями. При этом общая трёхмерная задача теории упругости переходит в двумерную. Решение задачи сводится к интегрированию системы дифференциальных уравнений в частных производных высокого порядка при краевых условиях, определяемых характером сопряжения О. с другими частями конструкции. В статическом расчёте О. на прочность и жёсткость должны быть определены напряжения, деформации и перемещения различных точек О. в зависимости от заданной нагрузки. Как правило, в расчётах на прочность прогибы О. (перемещения вдоль нормали к срединной поверхности) могут считаться малыми по сравнению с толщиной О.; тогда соотношения между перемещениями и деформациями являются линейными; соответственно линейными (для упругой задачи) будут основные дифференциальные уравнения.

О. часто приходится подкреплять ребрами (в основном для обеспечения устойчивости их деформации), например фюзеляжи и крылья самолётов, некоторые типы тонкостенных перекрытий и др.

Важным для О. является расчёт на устойчивость (см. Устойчивость упругих систем). Специфическая особенность тонкостенных О. — потеря устойчивости хлопком, или прощёлкиванием, выражающаяся в резком переходе от одного устойчивого равновесного состояния к другому; этот переход наступает при различных нагрузках, в зависимости от исходных несовершенств формы оболочки, начальных напряжений и т.д. В случае прощёлкивания прогибы оказываются соизмеримыми с толщиной О.; анализ поведения О. должен основываться при этом на уравнениях, являющихся уже нелинейными.

В задачах динамики О. рассматриваются периодические колебания и нестационарные процессы, связанные с быстрым или ударным нагружением. При обтекании О. потоком жидкости либо газа могут наступить неустойчивые (автоколебательные) режимы, определение которых является предметом гидро- или аэроупругости. Особый раздел теории колебаний, имеющий важные приложения, представляет исследование нелинейных колебаний О. При рассмотрении динамических процессов в О. соотношения, основанные на гипотезе Кирхгофа — Лява, не всегда оказываются приемлемыми; тогда переходят к дифференциальным уравнениям более сложной структуры.

О. находят широкое применение в технике в качестве покрытий зданий, в летательных аппаратах, судах, цельнометаллических вагонах, телевизионных башнях, частях машин и др. (рис. 2).

Лит.: Амбарцумян С. А., Теория анизотропных оболочек, М., 1961; Болотин В. В., Динамическая устойчивость упругих систем, М., 1956; Власов В. З., Общая теория оболочек и её применения в технике, М. — Л., 1949; Вольмир А. С., Гибкие пластинки и оболочки, М., 1956; его же, Нелинейная динамика пластинок и оболочек, М., 1972; Гольденвейзер А. Л., Теория упругих тонких оболочек, М., 1953; Лурье А. И., Статика тонкостенных упругих оболочек, М. — Л., 1947; Муштари Х. М., Галимов К. З., Нелинейная теория упругих оболочек, Казань, 1957; Новожилов В. В., Теория тонких оболочек, Л., 1951; Черных К. Ф., Линейная теория оболочек, ч. 1—2, Л., 1962—64.

А. С. Вольмир.

Рис. 1. Оболочки различной формы: а — цилиндрическая оболочка кругового сечения; б — коническая; в — сферическая; г — тороидальная.

Рис. 2. Примеры оболочек: а — космический аппарат, представляющий собой сложное сочетание оболочек различной формы; б — сердце человека; в — корпус подводной лодки; г — сооружение в виде купола.

II

Оболо́чка

растительной клетки, непротоплазматический компонент клетки (в отличие от мембраны животной клетки), продукт деятельности протопласта. О. определяет форму клетки, а также защищает протопласт от повреждений, участвует в поглощении и проведении веществ, транспирации, выделении секретов. О. состоит преимущественно из углеводов (полисахаридов), у многих грибов содержит хитин, у пыльцевых зёрен и спор высших растений — высокоустойчивое органическое вещество спорополленин. Остов О. представлен компактными параллельными группами полимерных молекул целлюлозы (См. Целлюлоза) — микрофибриллами, погруженными в аморфную массу (матрикс) из пектиновых веществ (См. Пектиновые вещества) и гемицеллюлоз (См. Гемицеллюлозы). Неоднородность строения определяет анизотропию (См. Анизотропия) О., её двойное лучепреломление. Различают первичную, вторичную, а иногда и третичную О. Наружная, стекловидно-прозрачная тонкая первичная О. с рыхлой сетью микрофибрилл — способна растягиваться; при этом происходит внедрение (Интуссусцепция) в неё новых микрофибрилл. Первичную О. имеют клетки меристемы, мезофилла, колленхимы. Первичные О. соседних клеток разделены срединной пластинкой из пектиновых веществ, растворение которых вызывает мацерацию (См. Мацерация) (разъединение) клеток. Иногда срединной пластинкой называют совокупность двух первичных О. вместе с разделяющим их межклетным веществом. На первичную О. изнутри откладывается вторичная, жёсткость и упругость которой определяются высоким содержанием целлюлозы. Утолщение вторичной О. происходит наложением (аппозицией) плотных слоев параллельных микрофибрилл. В некоторых проводящих элементах ксилемы (См. Ксилема), вторичная О. имеет вид колец или спирально закрученных лент. От толщины вторичной О. зависит толщина всей клеточной стенки. У большинства клеток во вторичной О. имеются поры, через которые осуществляется связь между клетками с помощью плазмодесм (См. Плазмодесмы), пронизывающих первичную О. и межклетное вещество.

Функциональная специализация клеток в большой степени сопряжена с изменениями химического состава О. Так, одревеснение обусловлено появлением в ней Лигнина (в особенности в древесине (См. Древесина) и склеренхиме (См. Склеренхима)), что повышает твёрдость оболочки; рост клетки прекращается. Опробкование связано с отложением в ней суберина, не проницаемого для жидкостей и газа, что приводит к гибели протопласта (Пробка, Экзодерма). Кутин обусловливает кутинизацию О., образуя на наружной поверхности клеток эпидермиса плёнку — кутикулу (См. Кутикула), защищающую ткани от перегревания и испарения. Накопление солей кальция (красные водоросли, кувшинки) или кремнезёма (диатомовые водоросли, эпидермис хвощей, злаков) вызывает минерализацию О. Превращение пектиновых веществ и целлюлозы в Слизи, удерживающие влагу, приводит к ослизнению (ослизнение семенной кожуры облегчает прорастание семени). При повреждении на поверхности стволов вишни, миндаля, акации и др. растений выделяются сходные со слизями в химическом отношении Камеди, используемые для приготовления клея и применяемые в медицине.

Лит.: Раздорский В. Ф., Анатомия растений, М., 1949; Фрей-Висслинг А., Мюлеталер К., Ультраструктура растительной клетки, пер. с англ., М., 1968; Биохимия растений, пер. с англ., М., 1968; Эсау К., Анатомия растений, пер. с англ., М., 1969.

Л. И. Лотова.

О. животной клетки — специализированный слой на её поверхности. В составе О. различают плазматическую мембрану, или плазмалемму,— субмикроскопическую структуру толщиной ок. 100 Å, и собственно О. Плазматическая мембрана имеется у всех клеток, она играет важную роль в обмене веществ между клеткой и внешней средой (обладает избирательной проницаемостью), движении клеток и сцеплении их друг с другом; состоит из белков и липидов; в зависимости от природы клеток и их физиологического состояния образует выросты (см. Микроворсинки) и впячивания (см. Пиноцитоз). Собственно О. имеется не у всех животных клеток; она отличается большим разнообразием, может выполнять функцию наружного скелета клетки (пелликула простейших, хитиновая кутикула членистоногих), играет защитную роль (многослойная О. яйцеклеток, О. цист); состоит главным образом из углеводов и их соединений с белками, а также липидов и неорганических веществ, секретируется как самой клеткой, так и окружающими клетками этой и др. тканей.

Лит. см. при ст. Клетка.

Т. Б. Айзенштадт.

Оболочка растительной клетки с трёхслойной вторичной оболочкой: О — срединная пластинка; I — первичная оболочка; II — вторичная оболочка, состоящая из трёх слоев; III — третичная оболочка.