ZNACZENIE

ZNACZENIE

BIOFIZYCZNYCH

BIOFIZYCZNYCH

WŁAŚCIWOŚCI

WŁAŚCIWOŚCI

TKANEK W

TKANEK W

BIOMECHANICE

BIOMECHANICE

GŁÓWNE UKŁADY

GŁÓWNE UKŁADY

RUCHU

RUCHU

CZŁOWIEKA

CZŁOWIEKA

UKŁAD

MIĘŚNIOWY

UKŁAD KOSTNO

STAWOWY

Układ kostno-stawowy

Układ kostno-stawowy

Układ dźwigniowy poruszany siłą

Układ dźwigniowy poruszany siłą

mięśni (zginaczy i prostowników):

mięśni (zginaczy i prostowników):

Q

Q

×

×

R=F

R=F

×

×

r

r

Q – obciążenie (siła zewnętrzna)

Q – obciążenie (siła zewnętrzna)

R – ramię dźwigni obciążenia

R – ramię dźwigni obciążenia

F – siła mięśni

F – siła mięśni

r – ramię działania siły mięśni

r – ramię działania siły mięśni

Siła mięśni potrzebna do

Siła mięśni potrzebna do

przezwyciężenia obciążenie

przezwyciężenia obciążenie

zewnętrznego (F) wyrażamy wzorem:

zewnętrznego (F) wyrażamy wzorem:

Obciążenia statyczne i

Obciążenia statyczne i

dynamiczne narządów ruchu

dynamiczne narządów ruchu

•

Zasady dynamiki Newtona:

Zasady dynamiki Newtona:

I Zasada Dynamiki Newtona:

I Zasada Dynamiki Newtona:

Jeżeli na ciało nie działa żadna siła

Jeżeli na ciało nie działa żadna siła

lub działające siły równoważą się, to

lub działające siły równoważą się, to

ciało pozostaje w spoczynku lub

ciało pozostaje w spoczynku lub

porusza się ruchem jednostajnym

porusza się ruchem jednostajnym

prostoliniowym (po prostej ze stałą

prostoliniowym (po prostej ze stałą

prędkością).

prędkością).

II Zasada Dynamiki Newtona:

II Zasada Dynamiki Newtona:

Gdy siły działające na ciało nie równoważą

Gdy siły działające na ciało nie równoważą

się, to ciało porusza się ruchem zmiennym.

się, to ciało porusza się ruchem zmiennym.

Kierunek i zwrot tego przyspieszenia są

Kierunek i zwrot tego przyspieszenia są

zgodne z kierunkiem siły wypadkowej, a

zgodne z kierunkiem siły wypadkowej, a

wartość proporcjonalna do wartości siły.

wartość proporcjonalna do wartości siły.

Wartość przyspieszenia ciała o masie m jest

Wartość przyspieszenia ciała o masie m jest

wprost proporcjonalna do wartości

wprost proporcjonalna do wartości

wypadkowej siły działającej na to ciało, a jego

wypadkowej siły działającej na to ciało, a jego

kierunek i zwrot są zgodne z kierunkiem i

kierunek i zwrot są zgodne z kierunkiem i

zwrotem tej siły. Ciało o większej masie pod

zwrotem tej siły. Ciało o większej masie pod

działaniem takiej siły wypadkowej uzyskuje

działaniem takiej siły wypadkowej uzyskuje

mniejsze przyspieszenie.

mniejsze przyspieszenie.

III Zasada Dynamiki Newtona:

III Zasada Dynamiki Newtona:

Jeśli ciało A działa na ciało B siłą F (akcja),

Jeśli ciało A działa na ciało B siłą F (akcja),

to ciało B działa na ciało A siłą (reakcja) o

to ciało B działa na ciało A siłą (reakcja) o

takiej samej wartości i kierunku, lecz o

takiej samej wartości i kierunku, lecz o

przeciwnym zwrocie.

przeciwnym zwrocie.

Obciążenie działające na narząd ruchu

Obciążenie działające na narząd ruchu

zależą od:

zależą od:

•

ciężaru ciała,

ciężaru ciała,

•

siły działających mięśni,

siły działających mięśni,

•

zmian szybkości ruchu,

zmian szybkości ruchu,

•

przyspieszeń,

przyspieszeń,

•

rozłożenia masy poszczegulnych części

rozłożenia masy poszczegulnych części

ciała.

ciała.

Bezwładność ciał jest to

Bezwładność ciał jest to

zdolność ciał do

zdolność ciał do

przeciwstawiania się wszelkim

przeciwstawiania się wszelkim

zmianom ruchu. Miarą

zmianom ruchu. Miarą

bezwładności jest jego masa.

bezwładności jest jego masa.

F

F

b

b

– siła bezwłądności

– siła bezwłądności

v

v

1

1

-v

-v

2

2

– różnice prędkości

– różnice prędkości

t – czas, w którym doszło do zmiany

t – czas, w którym doszło do zmiany

Im szybciej następuje zmiana

Im szybciej następuje zmiana

prędkości ruchu, tym większa siła

prędkości ruchu, tym większa siła

bezwładności działa na tkanki. Jeśli jej

bezwładności działa na tkanki. Jeśli jej

wartość jest większa od wytrzymałości

wartość jest większa od wytrzymałości

tkanek powoduje ona przerwanie jej

tkanek powoduje ona przerwanie jej

ciągłościlub mikrourazy.

ciągłościlub mikrourazy.

Praca dynamiczna i

Praca dynamiczna i

statyczna

statyczna

1.

1.

Praca dynamiczna (Wd) wyraża się

Praca dynamiczna (Wd) wyraża się

wzorem:

wzorem:

W

W

d

d

= F

= F

s

s

cos

cos





W

W

d

d

– praca dynamiczna

– praca dynamiczna

s – przesunięcie

s – przesunięcie

cos

cos





- kąt między kierunkiem działającej

- kąt między kierunkiem działającej

siły a

siły a

przesunięciem

przesunięciem

W

W

s

s

= P

= P

s

s

t

t

W

W

s

s

– praca statyczna

– praca statyczna

P

P

s

s

– moc mięśni w warunkach

– moc mięśni w warunkach

statycznych

statycznych

t – czas działania siły

t – czas działania siły

Zagadnienia i prawa

Zagadnienia i prawa

związane z odkształceniami

związane z odkształceniami

Znajomość właściwości biofizycznych tkanek

Znajomość właściwości biofizycznych tkanek

wykorzystywana jest podczas:

wykorzystywana jest podczas:

- modelowania fizjologicznych i

- modelowania fizjologicznych i

patofizjologicznych funkcji ciała,

patofizjologicznych funkcji ciała,

- przewidywania skutków urazów,

- przewidywania skutków urazów,

- przewidywania skutków obciążeń i

- przewidywania skutków obciążeń i

przeciążeń oraz nieprawidłowych postaw

przeciążeń oraz nieprawidłowych postaw

ciała,

ciała,

- doborze materiałów do endoprotez,

- doborze materiałów do endoprotez,

przeszczepów i materiałów zastępczych

przeszczepów i materiałów zastępczych

Prawo Hooke’a

Prawo Hooke’a

Określa zachowanie materiałów sprężystych

Określa zachowanie materiałów sprężystych

podczas rozciągania i ściskania. Mówi ono o

podczas rozciągania i ściskania. Mówi ono o

tym że, naprężenie powstałe w wyniku

tym że, naprężenie powstałe w wyniku

działania siły jest do niej proporcjonalne i

działania siły jest do niej proporcjonalne i

odwrotnie proporcjonalne do pola

odwrotnie proporcjonalne do pola

powierzchni poprzecznego przekroju ciała.

powierzchni poprzecznego przekroju ciała.

Jest ono również proporconalne do ilorazu

Jest ono również proporconalne do ilorazu

modułu sprężystości podłużnej oraz

modułu sprężystości podłużnej oraz

wydłużenia względnego; gdzie wydłużenie

wydłużenia względnego; gdzie wydłużenie

względne jest wprost proporcjonalne do

względne jest wprost proporcjonalne do

przyrostu długości i odwrotnie

przyrostu długości i odwrotnie

proporcjonalne do długości początkowej.

proporcjonalne do długości początkowej.

Współczynnik Poissona

Współczynnik Poissona

(

(

µ

µ

)

)

Jest stosunkiem względnego wydłużenia

Jest stosunkiem względnego wydłużenia

poprzecznego (

poprzecznego (

E

E

d

d

) do względnego

) do względnego

wydłużenia podłużengo (

wydłużenia podłużengo (

E

E

p

p

).

).

Dzięki jego znajomości i znajomości modułu

Dzięki jego znajomości i znajomości modułu

sprężystści podłużnej (E) można wyznaczyć

sprężystści podłużnej (E) można wyznaczyć

moduł srężystości poprzecznej (G).

moduł srężystości poprzecznej (G).

E = 2G (1+

E = 2G (1+

µ

µ

)

)

Sztywność rozciągania określa iloczyn modułu

Sztywność rozciągania określa iloczyn modułu

Younga oraz pola poprzecznego przekroju (A)

Younga oraz pola poprzecznego przekroju (A)

Właściwości mechaniczne

Właściwości mechaniczne

materiałów

materiałów



Wytrzymałość: zdolność materiału do

Wytrzymałość: zdolność materiału do

przenoszenia obciążenia bez jego

przenoszenia obciążenia bez jego

zniszczenia,

zniszczenia,



Sprężystość: zdolność materiału do

Sprężystość: zdolność materiału do

odzyskania pierwotnego kształtu i objętości

odzyskania pierwotnego kształtu i objętości

po usunięciu obciążeń wywołujących

po usunięciu obciążeń wywołujących

odkształcenie,

odkształcenie,



Plastyczność: jest to zdolność materiału do

Plastyczność: jest to zdolność materiału do

osiągnięcia nowych kształtów oraz

osiągnięcia nowych kształtów oraz

zachowania kształtów uprzednio

zachowania kształtów uprzednio

uzyskanych

uzyskanych

po zdjęciu obciążenia bez naruszenia

po zdjęciu obciążenia bez naruszenia

spójności,

spójności,



Ciągliwość: zdolność materiału do uzyskiwania

Ciągliwość: zdolność materiału do uzyskiwania

dużych odkształceń, trwałych bez pęknięć pod

dużych odkształceń, trwałych bez pęknięć pod

wpływem sił,

wpływem sił,



Wiązkość: zdolność materiału do

Wiązkość: zdolność materiału do

nieodwracalnego pochłaniania mechanicznej

nieodwracalnego pochłaniania mechanicznej

energii związanej z odkształcaniem,

energii związanej z odkształcaniem,



Kruchość: włąściwość materiału polegająca na

Kruchość: włąściwość materiału polegająca na

jego pękaniu, bez uprzednich odkształceń

jego pękaniu, bez uprzednich odkształceń

plastycznych lub przy bardzo małych

plastycznych lub przy bardzo małych

odkształceniach,

odkształceniach,



Twardość: odporność materiału na okształcenia

Twardość: odporność materiału na okształcenia

trwałe, pod wpływem sił skupionych

trwałe, pod wpływem sił skupionych

działających na małą powierzchnię tego ciała,

działających na małą powierzchnię tego ciała,