stijfheid

Stijfheid is de eigenschap van een materiaal of structuur om vervorming te weerstaan bij een toegepaste belasting. In de mechanica wordt stijfheid vaak gedefinieerd als de verhouding tussen kracht en de daarbij opgetreden vervorming, F = kx, waarbij k de stijfheidsconstante is (N per meter). Voor een lineaire veer is k constant en een hogere stijfheid betekent minder vervorming onder dezelfde belasting.

Stijfheid hangt af van materiaal en geometrie. In eenvoudige modellen klinkt de stijfheid als k = ΔF/Δx op een bepaald punt. Voor constructies, zoals balken of cantilevers, kan de stijfheid afhangen van de modulus van elasticiteit (E), de geometrie (bijvoorbeeld het moment van traagheid I) en de lengte (L). Een voorbeeld is een eindopliggende balk waarin de stijfheid k = 3EI/L^3 geldt; hierdoor wordt duidelijk hoe materiaalkeuze en vormgeving stijfheid bepalen.

In biomechanica verwijst stijfheid naar de weerstand tegen beweging in gewrichten en weefsels. Dit omvat zowel passieve componenten (gewrichtskapsel, ligamenten, pezen) als actieve componenten (spieren). Gewrichtsstijfheid wordt vaak uitgedrukt als een verhouding tussen koppel en hoekverplaatsing (Nm/rad), en spierverslechtering of -verhoging kan de stijfheid beïnvloeden. Daarnaast tonen spieren en weefsels visco-elastic gedrag: stijfheid kan afhankelijk zijn van rekingssnelheid en van belastingfrequentie.

Kwantitatieve meting gebeurt via statische testen (krachten en vervormingen langs één richting) of dynamische proeven (trillingen of oscillaties). Stijfheid is vaak het omgekeerde van veerkracht, namelijk de mate van compliance. Het begrip is breed toepasbaar: van de ontwerppraktijk in engineering tot diagnose en revalidatie in de geneeskunde, waar het helpt bij het begrijpen van mechanische functies en afwijkingen.