Е лементи біомеханіки.

Біомеханіка – це наука, яка досліджує механічні властивості тканин, органів і систем живого організму та вивчає механічні явища, котрі супроводжують процеси життєдіяльності, рухові можливості і рухову діяльність людини. Об’єктом науки є тканини, органи і системи живого організму і рухові дії, як система взаємопов’язаних активних дій і положень тіла людини, а предметом – механічне обґрунтування тієї чи іншої рухової діяльності організму. Іншими словами, біомеханіка – це механіка живих тіл.

Сучасна біомеханіка розвивається за декількома напрямками:

1. Клінічна біомеханіка	рухова активність людини в нормі та патології
2. Інженерна біомеханіка	протезування
3. Спортивна біомеханіка	вивчає техніку виконання спортивних рухових дій.
4. Біомеханіка трудових дій і робочих поз	складова частина науки ергономіки (гігієна праці).
5. Теоретична біомеханіка	застосування математичної методології.
6. Комп'ютерна біомеханіка	комп'ютерне моделювання.
7. Театральна біомеханіка	закони руху актора на сцені

Для майбутніх медиків інтерес становлять розділи медичної та спортивної біомеханіки.

Які теми необхідно повторити з курсу загальної фізики для першого знайомства з біомеханікою?

1. Додавання та віднімання векторів.( – результуюча сила).

Додавання сил	віднімання сил
У математиці за цією формулою обчислюють довжину великої діагоналі паралелограма	У математиці ця формула називається «теорема косинусів»

2 .Важелі, момент сил, обертальний момент.

- плече (довжина ричага)

– сила, прикладена до плеча.

[H·м] – момент сили

Важіль перебуває у рівновазі у тому випадку,

якщо плечі сил оберненопропорційні

значенням сил.

1 тип важіля – сили прикладено по різні боки від точки опори.

2 тип важіля – сили прикладено по один бік від точки опори.

«Золоте правило» механіки: у скільки разів ми маємо виграш у силі, у стільки ж ми програємо у відстані. Піднімаючи за допомогою важіля якесь тіло, ми отримуємо виграш у силі, але довгий кінець важіля повинен буде пройти шлях набагато більший, ніж відстань, на яку переміститься тіло. У вусі людини є три кісточки –молоточок, коваделко, наковальня, які виступають у ролі важелів: амплітуда коливання стремінця набагато більша, ніж амплітуда барабанної перетинки. Таким чином відбувається підсилення звукового сигналу.

Скелет людини має багато важелів. Уважно роздивіться ці малюнки.

3. Проекції сил на вісі.

У математиці функції сінуса і косинуса вводилися за допомогою тригонометричного кола. За

функцію косинус відповідає проекція х - прилегла до кута α. За сінус –

відповідає проекція y, ця проекція дорівнює стороні прямокутного

трикутника, яка протилежна куту α.

Проекція вектора F на вісь х

Проекція вектора F на вісь y

Значення функцій синуса і косинуса – за модулем завжди менше одиниці.

А такі числа мають особливість: при множенні на якесь фіксоване число,

це число зменшується. Наприклад: 5·0,6=3. Три – менше, ніж п´ять.

Крім того, три – це 60% від п´яти. Тобто, помножуючи вектор на сінус або косинус кута, ми його зменшуємо і отримуємо одну з його проекцій (Катети завжди коротші за гіпотенузу).

4 . Центр мас тіла – геометрична точка, що характеризує рух системи матеріальних

точок, як єдиного цілого.

Центр ваги – точка, відносно якої сумма моментів всіх сил ваги, що діють на тіло,

дорівнює нулю.

Приклад тіла, в якого центр мас і центр ваги не співпадають: на верхніх поверхах

хмарочосів прискорення вільного падіння g менше, ніж біля поверхні землі, тому центр

ваги хмарочосу знаходиться нижче центру мас. Але біля поверхні планети Земля –

точки «центр мас» і «центр ваги» співпадають і ці поняття можна взаємозамінювати.

5. Ступені свободи

Ступені свободи – це найменша кількість незалежних змінних, які однозначно описують положення тіла

у просторі.

К ількість ступенів свободи для кінематичних ланцюгів обчислюють за формулою

,

Де – кількість ланок, - кількість з’єднань між ланками,

- кількість ступенів свободи.

Дві кістки, з’єднані суглобом, мають ступенів свободи.

Прикладом кінематичної пари є плече і передпліччя, з'єднані ліктьовим суглобом.

Кінематична ланцюг - це послідовне або розгалужене з'єднання кінематичних пар.

Розрізняють замкнуті і незамкнуті кінематичні ланцюги. Прикладом замкнутого

ланцюга є послідовне з'єднання двох ребер, грудини і хребця в грудній клітці. До

незамкненою кінематичного ланцюга можна віднести безопорну ногу у фазі переносу при ходьбі.

Відомо, що людина має 240 ступенів свободи. Оскільки в суглобах можливі в основному обертальні рухи, то ступені свободи в них визначаються незалежними кутовими переміщеннями, кількість яких залежить від форми і будови суглоба. Так, наприклад, в ліктьовому суглобі є два ступені свободи (згинання-розгинання і пронація-супінація), а в тазостегновому суглобі - три ступені свободи

6. Статика тіла людини – доволі складна фізична задача. А динаміку і кінематику людини, взагалі розраховують на комп´ютерах за допомогою спеціальних програм (наприклад для спортсменів або танцьористів). Основною метою вивчення цього розділу біофізики - буде навчити вас інтуітивно оцінювати рівновагу і напрямки дії сил. Звісно, при транспортуванні важкого пацієнта, ви не будете обчислювати проекції сил для вибору правильного положення його тіла. Але швидко, інтуїтивно, практично визначати центр ваги тіла, кути, під якими нобхідно його розташувати, сили, які необхідно прикласти для пересування пацієнта – це дуже важливо для медика.

Спробуйте інтуітивно оцінити сили, що діють на гімнаста.

Сила реакції

опори

У цьому прикладі положення гімнаста статичне. Він не рухається ні у горизонтальному, ні у вертикальному напрямку. Це означає, що проекції всіх сил, як на вісь Ох, так і на вісь Оy , що діють на його тіло повинні дорівнювати нулю.

При проекції сил на вісь X видно, що сила реакції опори врівноважується проекцією сили вздовж руки , а при проекції сил на вісь Y – сила тяжіння врівноважується проекцією .

Роздивляючи цей приклад з гімнастом, спробуйте інтуїтивно відповісти на такі запитання:

Чи присутня сила тертя між підлогою і долонями гімнаста? Чи сояв би статично гімнаст, якби площа його долоней дорівнювала нулю (на кулаках)? Чи проходить проекція центру мас гімнаста через його зап´ясток ?

Чи стійка ця рівновага?