„Biomechanika” változatai közötti eltérés
| [nem ellenőrzött változat] | [nem ellenőrzött változat] |
Tartalom törölve Tartalom hozzáadva
Nincs szerkesztési összefoglaló Címkék: HTML-sortörés Vizuális szerkesztés |
Nincs szerkesztési összefoglaló |
||
1. sor:
A biomechanika a [[mechanika]] azon része, amely az élő szervezetek mozgásait tanulmányozza. A fizika törvényei alapján jellemezzük az élő rendszer statikai és dinamikai tulajdonságait, felhasználva a fizika törvényeit.
=== Története
Az első kutatások a reneszánsz korban jelentek meg. Az első publikációk egyike Galilei nevéhez fűződik, aki a mozgások elméleti és kísérleti elemzéséről írt. Ezt követően Borelli (1608-1679, olasz matematikus és orvos, Galilei egyik tanítványa) publikálja az első biomechanikai könyvet: a ''De motu animalium'' (két kötet: 1680, 1681), magyarul: ''Az állatok mozgásáról.'' Ebben az izmok összehúzódását, elernyedését az izomerőt, az állást, a járást és egyéb emberek és állatok által történő mechanikai mozgást írt le. Az emberi test működését egyszerű géphez hasonlóan képzelte el, [[Emelő|emelők]] rendszereként vizsgálta és matematikai módszerrel igyekezett megérteni az izmok mozgását, a madarak repülését, a halak úszását.
8. sor:
A folyadékok mechanikája témában Leonard Euler és Thomas Young kapott jelentős szerepet. Jean Poisseuille-t az első kutatóként tartják számon a folyadékok viszkozitása témájában.
=== Statika, egyensúlyi feltétel az emberi test esetén
Ahogyan az általános mechanikában is, az egyensúly szempontjából a legfontosabb a testek [[Tömegközéppont|tömegközéppontjának]] meghatározása. A tömegközéppont a test azon pontja, mely sok szempontból úgy viselkedik, mintha a rendszer tömege ebbe a pontba volna koncentrálva. Egy test akkor van egyensúlyban a gravitációs erővel szemben, ha a tömegközéppontja az alátámasztási felület fölött helyezkedik el. Minél, nagyobb ez a felület, annál stabilabb a test.
15. sor:
Az egyensúlyi helyzet egy szemléletes példájaként figyeljük meg, mi történik, mikor egy személy egy jelentősebb tömegű tárgyat emel fel. Ekkor önkéntelenül is a teherrel ellentétes oldalra elhajlik az illető annak érdekében, hogy a rendszer tömegközéppontját az egyensúlyi helyzetbe visszaállítsa. Ha egy személy elveszti valamelyik felső végtagját, hajlamos gerincproblémákra, mivel a tömegközéppontja kimozdul.
=== Transzlációs mozgás
Általános esetben egy test mozgását le lehet írni egy transzlációs, egy rotációs mozgással, illetve a kettő kombinálásával.
28. sor:
A megtett út:
<math>s =
<math>t = \left ( \frac{v - v_0}{a} \right )\Longrightarrow v = v_0^2 + 2as</math>
A fenti képletek segítségével elemezhetjük az emberi test függőleges vagy ferde irányú ugrását egy helyből, vagy mozgásból.
Az izmok mozgatásával mechanikai munkát végzünk. A mechanikában alkalmazott képlettel ki tudjuk számolni, hogy a mozgás során mekkora energiát használtunk fel. Ez az enegia a táplálék bevitelével nyerődik a szervezetben, de egy elég alacsony százaléka alakul át mechanikai munkává, megközelítőleg 20%.
=== Rotációs mozgás ===
A legegyszerűbb példa rotációs mozgásra egy test, amely egy körpályán állandó sebességgel mozog. Például egy futó, ahogy egy körpályán fut. Ebben az esetben a [[centrifugális erő]]<nowiki/>t kell kiszámítanunk, ami a testre hat. Egy kanyarban megfigyelhetjük, hogy a futók enyhén befele dőlnek. Ezt a jelenséget úgy tudjuk megmagyarázni, ha elemezzük a testre ható erőket. A testre hat egy G függőleges irányú erő, mivel a talpa érintkezik a talajjal, valamint egy vízszintes irányú centripetális erő, ami a centrifugális erőt próbálja egyensúlyozni. A két erőből származó eredő egy adott θ szöget zár be a függőleges iránnyal. Ha a futó nem dőlne meg kissé a kanyarban, akkor ez az eredő erő nem a súlypontján menne át, így egy erő momentum jelenne meg, ami nem egyenlő zéróval. Az eredő és a függőleges irány által bezárt szöget fel tudjuk írni ismerve a körmozgás alapképleteit:
<math>F_r \sin(\theta) = F_c = \left ( \frac{G}{g} \right )\left ( \frac{v^2}{R} \right )</math>
<math>F_r \cos(\theta) = G</math>
<math>\tan(\theta) = \left ( \frac{v^2}{gR} \right )</math>
A fizikai és matematikai ingák tanulmányozása során kapott képleteket tudjuk alkalmazni a lábak mozgására, amelyek hasonlóképpen működnek, mint az ingák, ahol a felfüggesztési pont a csípőcsontnál található. A valósághoz közelebbi megközelítést a fizikai ingához való hasonlítás adja, mivel a láb nem tömegszerű pont, nem tudjuk elhanyagolni a tömegét.
=== Csontok rugalmassága ===
Egy újabb mechanikai tulajdonságot alkalmazva az emberi és állati testre jelentős eredményekhez kehet jutni a biomechanikában. Erő hatására minden test deformálódást szenved, aminek következtében belső feszültség keletkezik, amely ellenszegül a deformáló erőnek, és vissza próbálja állítani a testet az eredeti állapotába. Rugalmas alakváltozás során az erő megszűntével a test visszanyeri eredeti alakját, rugalmatlan esetben viszont nem.
Az emberi testben nagyon fontos ismernünk az elasztikus tulajdonságait a csontoknak, így ki tudjuk számolni, hogy mekkora erő hatására törik el, mekkora az a magasság, amelyről ha leesik egy ember, biztos csonttörést fog szenvedni. Ezeket a számításokat nem tudjuk pontosan elvégezni, ugyanis sok tényezőtől függenek, viszont megközelítésekkel el lehet érni a valósághoz közeli értékeket. Egy másik fontos alkalmazási terület a vérerek falának rugalmassága, ami az idő teltével csökken. A rugalmassági állandót meghatározhatjuk, ha egy rugóhoz hasonlítjuk a rendszert, aminek egyik vége fel van függesztve, a másikra pedig egy F erővel hatunk. Ebben az esetben alkalmazhatjuk [[Hooke-törvény|Hooke törvényét]].
<math>F = - k\Delta l</math>
<math>E_p = \left ( \frac{1}{2} \right ) k(\Delta l)^2</math>
<math>k = \left ( \frac{ES}{L} \right) </math>
<math>E = \left ( \frac{\sigma}{\epsilon} \right ) = \left ( \frac{F}{S} \right )\left ( \frac{l}{\Delta l} \right )</math>
<br />
=== Források
# Paul Davidovits, Physics in Biology and Medicine, Academic Press, 2008
| |||