BIOMECHANIKA WYKŁADY

Co to jest biomechanika?

• Mechanika istot żywych

• Nauka badająca ruch mechaniczny człowieka, którego przyczyną jest jakaś siła.

RUCH- zmiana położenia ciała WZGLĘDEM przyjętego układu odniesienia. Jest to pojęcie względne: to samo ciało może się poruszać względem jednego układu odniesienia a spoczywać względem innego.

UKŁAD ODNIESIENIA- najczęściej wiąże się z jakimś obiektem materialnym i definiuje nam co rozumiemy przez stan spoczynku. Naszym układem odniesienia jest Ziemia- inercjalny (nieprzyspieszony) układ odniesienia. Przy jego wyborze kierujemy się sensem i wygodą.
Służy do określenia zera położenia(ciało znajdujące się w początku układu współrzędnych) i zera czasu(chwila rozpoczęcia ruchu).

UKŁAD INERCJALNY- gdy na ciało nie działają żadne siły lub działające siły równoważą się, to ciało pozostaje w spoczynku, lub porusza się ruchem jednostajnym prostolinijnym.

SIŁA- miara wzajemnego oddziaływania ciał

PRĘDKOŚĆ- zmiana położenia ciała wzgl. Układu odniesienia w czasie

PRZYSPIESZENIE- zmiana prędkości w czasie

MKS- metr kilometr sekunda

• SIŁA- to miara oddziaływania ciał. Jej istotą jest nadawanie ciału przyspieszenia. Warunkiem występowania siły jest oddziaływanie 2 ciał.

• Siłą powoduje przyspieszenie a nie prędkość.

• Odpowiada za zmiany w ruchu a nie sam ruch

• Nie magazynuje się

• Przyspieszenie to zmiana wektora prędkości w czasie a nie prędkości.
  

Niezrównoważona siła może:

1. Przyspieszyć ciało gdy działa zgodnie ze zwrotem prędkości

2. Opóźnić ruch ciała gdy działa przeciwnie do prędkości

3. Zmienić kierunek ruchu ciała gdy działa pod kątem do prędkości
   

• PRACA- iloczyn siły i przemieszczenia W= Ft∙s
  
  Praca może być:

1. Dodatnia gdy składowe siły(Ft) są zgodne z przemieszczeniem

2. Ujemna gdy są przeciwne

3. Zerowa gdy się równoważą- nie ma przemieszczenia

BIOMECHANIKA BIERNEGO UKŁADU RUCHU

Człowiek jako biomaszyna:

1. Układ ruchu

2. Układ zasilania

3. Układ sterowania

Bierną częścią układu ruchu są kości i stawy- przenosi ona siły.
Czynna część to mięśnie, które te siły generują.

Kształt kości zależy od jej funkcji:

Długa- f. ruchowa
krótka- f. amortyzacyjna
płaska- f. ochronna

AMORTYZACJA- łagodzenie uderzeń, wstrząsów, zderzeń za pomocą różnych urządzeń i w różny sposób.

FUNKCJA AMORYZACYJNA BIERNEGO UR:
łączy się z:

1. Właściwościami funkcjonalnymi tk. Kostnej

2. Właściwościami strukturalnymi kości

3. Układem kości w obrębie części ciała

4. Właściwościami „nie kostnych” części BUR

• ZDERZENIA- zachodzą wtedy, gdy dwa lub więcej ciał działa na siebie relatywnie dużymi siłami w krótkim przedziale czasu. Pojawiają się w nich siły impulsowe. Dzielimy je na:

1. Sprężyste: całkowita energia kinetyczna układu złożonego ze zderzających się ciał NIE zmienia się w wyniku zderzenia- jest zachowana.

2. Niesprężyste- en. Kinetyczna układu nie jest zachowana

ZZE- zasada zachowania energii- całkowita energia układu jest zachowana

PRAWO MIN-MAX- minimum budulca- maksimum wytrzymałości

FENOMEN TKANKI KOSTNEJ:

1. Hierarchiczność budowy

2. Spiralne ułożenie elementów przestrzennych

3. Struktura tkanki dopasowuje się do naprężeń głównych- MIN-MAX

PRAWO WOLFA struktura trabekularna tk. Kostnej w warunkach równowagi dostosowuje się do naprężeń głównych. WTF??????

TEORIA WEWNĘTRZNYCH PRZEOBRAŻEŃ- wraz ze wzrostem obciążeń rośnie gęstość kości.

• CECHY KOŚCI:

1. Wytrzymałość- przenoszenie obciążeń bez zniszczenia

2. Sprężystość- zdolność do odzyskiwania pierwotnego kształtu i wymiarów po ustąpieniu obciążeń

3. Twardość- odporność na odkształcenia stałe pod wpływem sił skupionych działających na małą powierzchnię

4. Kruchość- pękanie materiału bez uprzednich znaczniejszych odkształceń plastycznych

• CHARAKTER ODKSZTAŁCEŃ:
  wszystkie ciała rzeczywiste pod wpływem obciążeń odkształcają się.

1. Sprężysty- ciała wracają do pierwotnego kształtu.

2. Plastyczny- po ustąpieniu sił odkształcających ciało zmienia kształt

3. Niszczący- ciało zostaje zniszczone lub zmienia strukturę

Bez względu na rodzaj obciążeń obowiązuje nas zasada superpozycji.

• RODZAJE ODKSZTAŁCEŃ:

1. Rozciąganie- dwie siły o równym kierunku a przeciwnym zwrocie

2. Ściskanie- równe siły, wspólny kierunek, skierowane do siebie

3. Ścinanie- para sił o małym ramieniu

4. Skręcanie- dwie pary sił leżące w płaszczyźnie prostopadłej do osi długiej elementu

5. Zginanie- siły prostopadłe do osi długiej ciała podpartego

PARA SIŁ- dwie siły równe do wielkości, równoległe do siebie, o przeciwnym zwrocie, NIE przyczepione do tego samego punktu, o tym samym kierunku.

sorry za tą twórczość własną

Każde obciążenie może być rozłożone na 2 kierunki.

Naprężenia normalne- prostopadłe do ay
6= F/s

Naprężenia styczne- wzdłużne do ax
τ= T/s

Pa=N/m² - to wynika z tych naprężeń

• Kość poddawana jest NAPRĘŻENIOM:

1. Rozciągającym- zwiększa się długość maleją wymiary poprzeczne
   ϵ>0 ϵ1<0

2. Ściskającym- zmniejsza się długość, rosną wymiary poprzeczne
   ϵ<0 ϵ1>0

Z tego wynika LICZBA POISSONA: dla kości √= 0,15-0,58
√=|ϵ1/ϵ| - to jest wartość bezwzględna ale nie umiem ułamków zrobić

PRAWO HOOKE'A- jaka siła takie odkształcenie

Δl= Fl0/ES Δl- wydłużenie S- przekrój poprzeczny
F- siła rozciągająca E- moduł Younga
l0- długość początkowa

• MODUŁ YOUNGA:

E=6/ϵ dla kości E= 1-20 GPa

Mówi o proporcji naprężenia do odkształcenia. Jest to teoretyczna wartość siły mogąca wydłużyć kość dwukrotnie. Jest ona średnio 150 razy większa niż wartość siły, która kość niszczy.

BIOMECHANIKA CZYNNEGO UKŁADU RUCHU

Stan funkcjonalny mięśni zależy od ścięgien(część bierna) i brzuśca (część aktywna).

• OD CZEGO ZALEŻY SIŁA?

1. PRZEKRÓJ FIZJOLOGICZNY
   Miesień pierzasty o tej samej objętości co mięsień o równoległym przebiegu włókien ma większy przekrój fizjologiczny.
   
   Fm= p6 p- przekrój fizjologiczny

Mm pobudzony zawsze będzie dążył do zmiany długości- skrócenia

2. MASA

*powyżej pewnego pułapu szybciej rośnie masa niż siła mm
*U mężczyzn jest to ok 80-100 kg masy ciała
*60-80 kg najkorzystniej u mężczyzn

3. DŁUGOŚĆ
   
   

Największa siła jest w środkowej długości mięśnia kiedy najwięcej główek miozyny jest połączone z aktyną. Mięsień działa jako całość- tzn że część siły to Fa a część to Fb.
Im mm jest wcześniej bardziej rozciągany tym potem wytwarza większą siłę.

50%- o tyle względnie może zmienić długość mm ale wtedy ulega zniszczeniu
+/-20%- w rzeczywistości o tyle zmienia długość

• SIŁA A PRĘDKOŚĆ SKRACANIA MM F(V)

Gdzie duża siła, tam niewielkie prędkości
gdy maleje prędkość t rośnie siła

Bierzemy pod uwagę składową aktywną Fa

• PRĘDKOŚĆ SKRACANIA ZALEŻY OD:

1. Długości mięśnia- brzuśca Vm(lm)

2. Typu włókien mięśniowych Vm(V6-prędkość skracania sarkomeru)- jest to ważniejsze od długości

3. Długości sarkomeru

Dotyczy mm o równoległym przebiegu. Dla mm pierzastych mnożymy cały ułamek przez cosα. Ls jest stałe i wynosi 2,25μm
Kąt α to kąt upierzenia

• WEKTOR SIŁY MIĘŚNIOWEJ

CECHY WEKTORA:

1. PUNKT ZACZEPIENIA- przyczep końcowy mięśnia

2. ZWROT

3. WARTOŚĆ

4. KIERUNEK- równoległy do włókien mm

Fm= Fo+Fs

Fo- składowa obrotowa siły mm
Fs- składowa stawowa siły mm

α
- kąt ścięgnowo- kostny
Fs jest od przyczepu końcowego do osi stawu
Nie ma zależności liniowej pomiędzy kątem stawowym a ścięgnisto- kostnym

• DŹWIGNIE

1. JEDNOSTRONNE- u człowieka jest ich więcej

na siłę reakcji wpływ ma wielkość generowanych sił.

Są dwa rodzaje dźwigni jednostronnych u człowieka:

II RODZAJ- siła mm jest za siłą oporu

III RODZAJ- siła mm przed siłą oporu.
jest ich u nas najwięcej

Jakość dźwigni oblicza się na postawie ZYSKU:

Z=1 nie ma u człowieka

Z>1 niewiele- dźwignie II rodzaju

Z<1 najwięcej- III rodzaj dźwigni
Brak zysku mechanicznego= większy zysk prędkości

2. DWUSTRONNE

---